초록

AI-Helper

본 논문에서는 dopant density에 의존적인 pn junction의 breakdown 특성을 향상시키기 위하여, doping density와 doping profile에 대하여 분석했다. Doping density와 doping profile은 역방향 junction breakdown voltage를 결정하는 중요한 요소인 공핍영역의 두께와 공핍영역 내에 인가되는 electric field를 결정한다. Uniform doping profile과 Gaussian doping profile을 비교했고, 고전압 환경에서 사용할 수 있는 소자를 제작하는데 더욱 적절한 doping profile과 doping 농도에 대해 기술했다.

본 논문에서는 dopant density에 의존적인 pn junction의 breakdown 특성을 향상시키기 위하여, doping density와 doping profile에 대하여 분석했다. Doping density와 doping profile은 역방향 junction breakdown voltage를 결정하는 중요한 요소인 공핍영역의 두께와 공핍영역 내에 인가되는 electric field를 결정한다. Uniform doping profile과 Gaussian doping profile을 비교했고, 고전압 환경에서 사용할 수 있는 소자를 제작하는데 더욱 적절한 doping profile과 doping 농도에 대해 기술했다.

AI 본문요약

엑셀 다운로드 AI-Helper

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

• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 도핑의 분포에 따라서도 접합면의 maximum electric field의 변화가 발생되는데, Gaussian distribution인 경우에 서로 다른 doping fall-off constant(dfc)에 따라 junction에서의 potential에 관한 연구가 보고되었다[3]. Doping의 방법과 농도에 초점을 맞춰 광전도성 반도체 스위치 등 고출력, 고전압 소자의 성능 향상을 위해 breakdown voltage 특성에 대한 경형성을 파악하고자 한다.
• 본 논문에서는 doping profile, doping density, 외부 인가 전압에 따른 공핍영역 내의 electric field를 확인해 보았다. Pn junction의 breakdown voltage를 결정하는데에는 공핍영역 내에 인가되는 electric field, 그리고 doping density 등이 있다.

제안 방법

• 본 논문에서는 pn junction을 가진 소자의 doping profile과 doping density에 대한 junction breakdown voltage 특성을 파악하기 위하여‘Drift-Diffusion 기반 bulk P/N Junction Diode 특성 해석용 SW’를 이용하였다.
• 그런 현상이 발생되지 않게 하기 위해서는 구조적인 문제를 제외하고, 도핑 방법이나 농도면에서 최적의 방법과 농도를 찾기 위한 노력이 필요하다. Pin diode의 구조를 기반으로한 PCSS 연구가 진행되고 있는데[2], 본 논문에서는 pin diode와 구조가 비슷한 pn diode를 이용하여 분석한다. 도핑의 분포에 따라서도 접합면의 maximum electric field의 변화가 발생되는데, Gaussian distribution인 경우에 서로 다른 doping fall-off constant(dfc)에 따라 junction에서의 potential에 관한 연구가 보고되었다[3].
• 본 논문에서는 pn junction을 가진 소자의 doping profile과 doping density에 대한 junction breakdown voltage 특성을 파악하기 위하여‘Drift-Diffusion 기반 bulk P/N Junction Diode 특성 해석용 SW’를 이용하였다. 사용된 시뮬레이터는 doping method에 따라 uniform, linear, Gaussian으로 나눌 수 있고, 본 연구에서는 uniform doping profile(UDP)과 Gaussian doping profile(GDP)을 이용하여 각각의 doping density, Gaussian doping profile에서 농도값의 변곡점이 되는 값, 즉 figure 1에서 에 해당하는 값에 따라 junction 특성을 살펴본다.
• 본 시뮬레이션에서는 온도 300K에서의 반도체의 doping profile과 doping density는 각각 Table 1, Table2와 같이 설정하고, device의 길이와 metallugical junction의 위치는 각각 5um, 2.5um로 지정하여 pn diode의 depletion region에서의 maximum electric field 그리고 breakdown을 doping 농도와 분포 의존성에 대해 논하고자 한다.

이론/모형

• pn접합에 전압이 인가된 경우를 포함하여 모든 전기적 특성의 출발점이 되는 열평형 상태의 에너지 대역도를 그리는 과정은 Poisson equation을 이용하여 charge density, electric field, electrostatic potential을 계산하고, junction 내에서 n-type에서 p-type 방향으로 형성되는 electric field의 크기를 관찰한다. 접합에 존재하는 공간전하영역의 폭과 내부에 존재하는 최대 전계는 pnjunction을 이용하는 반도체 소자의 전기적 특성을 지배하는 중요한 특성변수다.

성능/효과

• Figure 4는 p-type과 n-type 반도체를 uniform 하게 doping하여 forward, reverse bias voltage에 따라 소자 내에 발생하는 electric field의 크기를 나타낸 것이다. 위의 그림에서 볼 수 있듯이 reverse voltage가 인가되었을때, 그 크기가 커질수록 공핍영역의 길이가 길어지고 그에 따라 maximum electric field의 크기가 커지는 것을 확인할 수 있고, forward voltage가 인가되면 외부 전압이 없을때보다 공핍영역이 좁아지고 공핍영역 내에서 maximum electric field가 감소하는 것을 확인해 볼 수 있다.
• 내부에 작은 electric field를 발생시키기 위해서는 낮게 도핑을 하는 것이 필요로 하며, 그에 따라 넓은 공핍영역이 필수적이다. Gaussian doping을 하면 같은 uniform하게 doping한 pnjunction에 대하여 더 적은 electric field를 발생시키고, 의 값이 작아짐에 따라 electric field의 크기가 작아지는 것을 확인했고, high power device에서 사용하기에 좋을것으로 예상된다.

본문요약 정보가 도움이 되었나요? 예 아니오 제출

이 논문을 인용한 문헌

더보기