[논문]4H-SiC JBS Diode의 전기적 특성 분석

이영재; 조슬기; 서지호; 민성지; 안재인; 오종민; 구상모; 이대석

doi:10.4313/jkem.2018.31.6.367

[국내논문] 4H-SiC JBS Diode의 전기적 특성 분석
Electrical Characteristics of 4H-SiC Junction Barrier Schottky Diode 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.31 no.6, 2018년, pp.367 - 371

이영재 (광운대학교 전자재료공학과) , 조슬기 (광운대학교 전자재료공학과) , 서지호 (광운대학교 전자재료공학과) , 민성지 (광운대학교 전자재료공학과) , 안재인 (광운대학교 전자재료공학과) , 오종민 (광운대학교 전자재료공학과) , 구상모 (광운대학교 전자재료공학과) , 이대석 (광운대학교 전자재료공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

1,200 V class junction barrier schottky (JBS) diodes and schottky barrier diodes (SBD) were simultaneously fabricated on the same 4H-SiC wafer. The resulting diodes were characterized at temperatures from room temperature to 473 K and subsequently compared in terms of their respective I-V characteristics. The parameters deduced from the observed I-V measurements, including ideality factor and series resistance, indicate that, as the temperature increases, the threshold voltage decreases whereas the ideality factor and barrier height increase. As JBS diodes have both Schottky and PN junction structures, the proper depletion layer thickness, $R_{on}$, and electron mobility values must be determined in order to produce diodes with an effective barrier height. The comparison results showed that the JBS diodes exhibit a larger effective barrier height compared to the SBDs.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

그림 5는 JBS 다이오드에 순방향 전압을 가하였을 때의 소자 단면도이다. JBS 다이오드는 SBD에는 없는 PN 접합에 의하여 생성되는 공핍층으로 인해 장벽 높이를 구하기 위해서는 각 온도에 따른 공핍층의 두께와 이에 따라 바뀌는 R_on 값을 계산하였다.
본 논문에서는 동일 웨이퍼상에 제작된 1.2 kV용 JBS 다이오드와 SBD의 I-V 등의 특성을 상온에서 473 K까지 측정하고 심화 분석하여 이상 계수, 공핍층 두께, 온 저항, 장벽 높이를 추출하여 특성을 비교하였다.
본 논문에서는 온도에 따른 SBD와 JBS 다이오드의 전류를 측정하여 이상 계수와 장벽 높이를 추출하였으며 JBS 다이오드의 경우에는 공핍층의 두께, R_on를 추가로 구하였다. 온도가 증가하면서 장벽 높이, 공핍층의 두께, 그리고 R_on은 증가하지만 이상 계수는 1에 수렴하는 것을 확인하였다.

대상 데이터

본 실험에서는 CREE에서 제작한 탄화규소 기판을 이용하여 SBD, JBS 다이오드를 제작하였다. 그림 1은 4H-SiC JBS Diode의 구조이고 N⁺- SiC 기판에 N^-- type 에피층을 형성하고 5가 불순물을 주입하여 P⁺-well을 형성하였다.

성능/효과

를 추가로 구하였다. 온도가 증가하면서 장벽 높이, 공핍층의 두께, 그리고 R_on은 증가하지만 이상 계수는 1에 수렴하는 것을 확인하였다. SBD와 JBS 다이오드는 온도가 증가함에 따라 전류밀도가 커졌다.
그림 8은 SBD와 JBS 다이오드의 유효 장벽 높이를 그래프로 나타낸 것이다. 온도가 증가함에 따라 유효 장벽 높이가 증가함을 알 수 있으며 JBS 접합에는 쇼트키 접합과 PN 접합을 같이 포함하고 있기 때문에 공핍층의 영향을 받아 SBD보다 약 0.15 eV 정도 높음을 알 수 있었다.
온도를 상온에서 473 K까지 올릴 때, JBS 다이오드의 장벽 높이는 1.29 eV에서 1.52 eV로 증가했으며SBD는 1.21 eV에서 1.41 eV로 확인하였다. 그리고 그림 8을 통해 JBS 다이오드가 SBD보다 더 큰 유효장벽 높이를 가지는 것을 볼 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탄화규소에는 몇 종류 이상의 결정다형이 있는가?	또한 실리콘의 밴드갭보다 3배 가까이 크며 갈륨비소(GaAs)보다 전자이동도, 열전도도가 높으며 임계전계나 항복 전압도 10배 정도 크다 [2]. 탄화규소에는 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC 등으로 100여 종류 이상의 결정다형이 있으며 4H-SiC가 수평과 수직에 대한 전자의 이동도가 다른 결정 형태보다 빠르기 때문에 소자에 주로 쓰인다 [3,4].
	탄화규소란?	12 eV) 보다 넓은 밴드갭으로 고주파, 고전력, 고온용 반도체 소자에 대한 적용이 가능한 우수한 소재이다. 그중 탄화규소(silicon carbide)는 규소(Si)와 탄소(C)가 강한 공유결합을 이루고 있는 화합물로 열적 안정성, 가벼움, 부식 저항성이 있어서 고온용 소자에 널리 사용되어 왔다 [1]. 같은 고에너지갭 재료인 질화갈륨(GaN)보다 열전도도가 3배 높아 보다 효과적으로 열을 제어할 수 있다.
	탄화규소는 질화갈륨에 비해 어떤 특징이 있는가?	그중 탄화규소(silicon carbide)는 규소(Si)와 탄소(C)가 강한 공유결합을 이루고 있는 화합물로 열적 안정성, 가벼움, 부식 저항성이 있어서 고온용 소자에 널리 사용되어 왔다 [1]. 같은 고에너지갭 재료인 질화갈륨(GaN)보다 열전도도가 3배 높아 보다 효과적으로 열을 제어할 수 있다. 또한 실리콘의 밴드갭보다 3배 가까이 크며 갈륨비소(GaAs)보다 전자이동도, 열전도도가 높으며 임계전계나 항복 전압도 10배 정도 크다 [2].

참고문헌 (7)

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