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신뢰성 개선된 IGBT 소자 신구조
Advanced IGBT structure for improved reliability 원문보기

디지털콘텐츠학회 논문지 = Journal of Digital Contents Society, v.18 no.6, 2017년, pp.1193 - 1198  

이명진 (전남대학교 전자컴퓨터공학부)

초록
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본 논문에서 개발된 IGBT 구조는 DC 송배전을 위한 고전력 스위치 반도체로서 사용되며, 빠른 스위칭 속도 및 개선된 항복전압 특성을 확보하여, 향후 신재생 장거리 DC 송전을 위한 중요한 전자 소자로서 이용될 것이 기대되고 있다. 새로운 타입의 차세대 전력 반도체로서, 스위칭 속도를 향상시키면서 동시에 항복 전압의 특성을 개선시켜, 전력 손실 특성을 줄이도록 설계되었고, 높은 전류 밀도의 장점을 동시에 획득 가능하다. 이러한 개선된 특성은 Planar IGBT의 N-drift 영역에 $SiO_2$를 추가로 도입함으로서 얻어지며, Sentaurus TCAD 시뮬레이션 툴을 사용하여, 비교 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The IGBT structure developed in this paper is used as a high power switch semiconductor for DC transmission and distribution and it is expected that it will be used as an important electronic device for new and long distance DC transmission in the future by securing fast switching speed and improved...

주제어

#절연 게이트 양극성 트랜지스터   #항복 전압   #전력 손실   #스위칭 속도   #DC 송전  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 차단기로서 IGBT의 항복전압과 스위칭 속도 성능 향상을 위해 Planar PT [Punch Through] IGBT의 N-drift 영역에 SiO2를 넣는 새로운 구조를 설계하고 전기적인 특성을 소자 분석 시뮬레이터인 Sentaurus TCAD를 사용하여 비교 분석을 하였다.[4]
  • 본 논문에서는 IGBT에 추가적인 SiO2를 넣고 길이를 변화시키며 IGBT의 전기적 특성을 시뮬레이션을 통해 확인하였다. SiO2의 길이가 길어질수록 항복전압은 점점 더 커지고 전력손실이 더 작아지고, 온 상태 전압의 크기가 커지는 것을 Fig 5.
  • 본 논문에서는 소자의 특성에 영향을 주는 파라미터로 SiO2 층에 대한 길이에 의존하는 결과를 분석하였다. 기존의 일반적인 IGBT 구조의 최적화를 진행한 후 최적화된 IGBT에서 SiO2층을 길이별로 실험을 진행하여 파라미터의 영향을 비교하였다.
  • 본 논문에서는 차단기 스위치로서의 IGBT 성능 개선을 위한 새로운 구조를 제시하였으며 시뮬레이션을 통해 검증을 하게 되었다. 전기적 특성을 비교 분석한 결과 항복전압과 전력 손실적인 측면에서 향상된 것을 확인하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 논문에서 실험한 SiO2를 추가한 IGBT에서 SIO2의 길이가 미치는 영향은 무엇인가? 본 논문에서는 IGBT에 추가적인 SiO2를 넣고 길이를 변화시키며 IGBT의 전기적 특성을 시뮬레이션을 통해 확인하였다. SiO2의 길이가 길어질수록 항복전압은 점점 더 커지고 전력손실이 더 작아지고, 온 상태 전압의 크기가 커지는 것을 Fig 5.에서 Fig 8.을 통해 알 수 있다. 전력 손실과 항복 전압의 특성 측면에서는 향상을 보이나 온 상태 전압 강하 측면에서는 손실을 보이고 있다.
차단기에 들어가는 전력 반도체에서 중요한 것은 무엇인가? 차단기에 들어가는 전력 반도체는 일반적으로 스위칭속도와 항복전압 특성을 증가시키고 전력 손실 특성을 줄이는 것이 중요하다. 특히 IGBT [Insulated Gate Bipolar Transistor]는MOSFET [Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor][1]의 빠른 스위칭 특성과 BJT [Bipolar Jucntion Transistor]의 높은 전류 밀도의 장점을 모두 가진 소자로 고전압, 고전류에 적합한 전력 반도체 소자로서 각광 받고 있다.
IGBT이 각광받고 있는 이유는 무엇인가? 차단기에 들어가는 전력 반도체는 일반적으로 스위칭속도와 항복전압 특성을 증가시키고 전력 손실 특성을 줄이는 것이 중요하다. 특히 IGBT [Insulated Gate Bipolar Transistor]는MOSFET [Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor][1]의 빠른 스위칭 특성과 BJT [Bipolar Jucntion Transistor]의 높은 전류 밀도의 장점을 모두 가진 소자로 고전압, 고전류에 적합한 전력 반도체 소자로서 각광 받고 있다.[2][3]
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참고문헌 (9)

  1. J.B. Lee, "Effects of DRAM in The Embedded Processor Performance", Journal of DCS, vol. 18, no. 5, pp.943-948, August, 2017 

  2. S. Krstic, E. Wellner, A. Bendre, B. Semenov, "Circuit Breaker Technologies for Advanced Ship Power Systems", IEEE Electric Ship Technology Symposium, 2007 

  3. J. HAFNER, B. JACOBSON, "Proactive Hybrid HVDC Breakers - A key innovation for reliable HVDC grids," presented at electric power system of the future- Integrating supergrids and microgrids International Symposium, Bologna, Italy, pp. 13-15, Sep. 2011 

  4. Synopsys Sentaurus Device Synopsys Inc.Zurich Switzerland Version H-2013.03. 

  5. B. J. Baliga, "Power semiconductor devices", PWS Publishing Company, 1996 

  6. V. K. Khanna IGBT theory and Design. 2003 IEEE Press. 

  7. S. J. Finney B.W. Williams and T.C. Green "IGBT turnoff characteristics and high frequency application" in Proc. IEE Coll. On Devices Drive Circuits and Protection pp. 5/1 -5/4, 1994. 

  8. S. Pendharkar K. Shenai "Zero voltage switching behaviour of punch -through and non punch-through insulated gate bipolar transistors (IGBTs), " IEEE Trans. Electron Devices vol. 45 no. 8 pp. 1826 - 1835 Aug. 1998. 

    상세보기 crossref

  9. H. Iwamoto H. Kondo S. Mori J. E. Donlon and A. Kawakami "An investigation of turn-off performance of planar and trench gate IGBTs under soft and hard switching" in Proc. IEEE Ind. Appl. Conf. pp. 2890-2895, 2000. 

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