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문턱전압 조절 이온주입에 따른 MCT(MOS Controlled Thyristor)의 스위칭 특성 연구
박건식(Kun-Sik Park),조두형(Doohyung Cho),원종일(Jong-Il Won),곽창섭(Changsub Kwak) 대한전자공학회 2016 전자공학회논문지 Vol.53 No.5
MCT (MOS Controlled Thyristor)의 전류 구동능력은 도통상태의 MCT를 턴-오프 시킬 수 있는 능력, 즉 off-FET의 성능에 의해 결정되고, MCT의 주된 응용분야인 펄스파워 분야에서는 턴-온 시의 피크전류(Ipeak)와 전류상승기울기(di/dt) 특성이 매우 중요하다. 이러한 요구사항을 만족시키기 위해서는 MCT의 on/off-FET 성능 조절이 중요하지만, 깊은 접합의 P-웰과 N-웰을 형성하기 위한 삼중 확산공정과 다수의 산화막 성장공정은 이온주입 불순물의 표면농도를 변화시키고 on/off-FET의 문턱전압(Vth) 조절을 어렵게 한다. 본 논문에서는 on/off-FET의 Vth를 개선하기 위한 채널영역 문턱전압 이온주입에 대하여 시뮬레이션을 진행하고 이를 토대로 제작한 MCT의 전기적 특성을 비교 평가하였다. 그 결과 문턱전압 이온주입을 진행한 MCT의 경우(활성영역=0.465mm2) 100A/cm2 전류밀도에서의 전압손실(VF)은 1.25V, 800V의 어노드 전압에서 Ipeak 및 di/dt는 290A와 5.8kA/μs로 문턱전압 이온주입을 진행하지 않은 경우와 유사한 특성을 나타낸 반면, 100A/cm2의 구동전류에 대한 턴-오프 게이트전압은 -3.5V에서 -1.6V로 감소하여 MCT의 전류 구동능력을 향상시킴을 확인하였다. Current driving capability of MCT (MOS Controlled Thyristor) is determined by turn-off capability of conducting current, that is off-FET performance of MCT. On the other hand, having a good turn-on characteristics, including high peak anode current (Ipeak) and rate of change of current (di/dt), is essential for pulsed power system which is one of major application field of MCTs. To satisfy above two requirements, careful control of on/off-FET performance is required. However, triple diffusion and several oxidation processes change surface doping profile and make it hard to control threshold voltage (Vth) of on/off-FET. In this paper, we have demonstrated the effect of Vth adjustment ion implantation on the performance of MCT. The fabricated MCTs (active area = 0.465 mm2) show forward voltage drop(VF) of 1.25 V at 100 A/cm2 and Ipeak of 290 A and di/dt of 5.8 kA/μs at VA = 800 V. While these characteristics are unaltered by Vth adjustment ion implantation, the turn-off gate voltage is reduced from -3.5 V to -1.6 V for conducting current of 100 A/cm2 when the Vth adjustment ion implantation is carried out. This demonstrates that the current driving capability is enhanced without degradation of forward conduction and turn-on switching characteristics