Latch-up을 방지한 고속 입출력 인터페이스용 새로운 구조의 NPLVTSCR ESD 보호회로

구용서,Koo, Yong-Seo 한국전기전자학회 2007 전기전자학회논문지 Vol.11 No.1

본 연구에서는 고속 I/0 인터페이스용 ESD(Electro-Static Discharge)보호소자로서 SCR(Silicon Controlled Rectifier)구조에 기반한 새로운 구조의 ESD보호소자인 N/P-type Low Voltage Triggered Silicon-Controlled Rectifier(NPLVTSCR)을 제안하였다. 제안된 NPLVTSCR은 기존 SCR이 갖는 높은 트리거 전압($\sim$20V)을 낮추고 ($\sim$5V) 또한 정상상태에서의 보호소자의 래치업 현상을 줄일 수 있다. 본 연구에서 제안된 NPLVTSCR의 전기적 특성 및 ESB감내특성을 확인하기 위하여 TCAD툴을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 또한 TSMC 90nm공정에서 테스트 패턴을 제작하여 측정을 수행하였다. 시뮬레이션 및 측정 결과를 통해, NPLVTSCR은 PMOS 게이트 길이에 따라 3.2V $\sim$ 7.5V의 트리거링 전압과 2.3V $\sim$ 3.2V의 홀딩전압을 갖으며, 약 2kV의 HBM ESD 감내특성을 갖는 것을 확인 할 수 있었다. In this study novel ESD protection device, namely, N/P-type Low Voltage Triggered SCR, has been proposed, for high speed I/O interface. Proposed device could lower high trigger voltage($\sim$20V) of conventional SCR and reduce latch-up phenomenon of protection device during the normal condition. In this Study, the proposed NPLVTSCR has been simulated using TMA MEDICI device simulator for electrical characteristic. Also the proposed device's test pattern was fabricated using 90nm TSMC's CMOS process and was measured electrical characteristic and robustness. In the result, NPLVTSCR has 3.2V $\sim$ 7.5V trigger voltage and 2.3V $\sim$ 3.2V holding voltage by changing PMOS gate length and it has about 2kV, 7.5A HBM ESD robustness(IEC61000-4-2).

1100 ${\AA}$의 베이스 폭을 갖는 다결정 실리콘 자기정렬 트랜지스터 특성 연구

구용서,안철,Koo, Yong-Seo,An, Chul The Institute of Electronics and Information Engin 1993 전자공학회논문지-A Vol.30 No.10

This paper describes the fabrication process and electrical characteristics of PSA (Polysilicon Self-Align) bipolar transistors with a thin base width of 1100.angs.. To realize this shallow junction depth, one-step rapid thermal annealing(RTA) technology has been applied instead of conventional furnace annealing process. It has been shown that the series resistances and parasitic capacitances are significantly reduced in the device with emitter area of 1${\times}4{\mu}m^{2}$. The switching speed of 2.4ns/gate was obtained by measuring the minimum propagation delay time in the I$^{2}$L ring oscillator with 31 stages.

3개의 스위치를 이용한 벅-부스트 컨버터 설계

구용서(Koo, Yong-Seo),정준모(Jung, Jun-Mo) 한국전기전자학회 2010 전기전자학회논문지 Vol.14 No.2

본 논문에서는 기존의 벅-부스트 컨버터의 효율 보다 높은 효율을 갖는 세 개의 DTMOS 스위칭 소자를 사용한 벅-부스트 컨버터를 제안하였다. 낮은 온-저항을 갖는 DTMOS 스위칭 소자를 사용하여 전도 손실을 줄이도록 설계하였다. DTMOS 스위칭 소자의 문턱 전압은 게이트 전압이 증가함에 따라 감소하고 그 결과 표준 MOSFET보다 전류 구동 능력이 높다. 제안한 컨버터는 넓은 출력 전압 범위와 높은 전류 레벨에서 높은 전력 변환 효율을 갖기 위해 PWM 제어법을 이용하였다. 제안한 컨버터는 최대 출력전류 300mA, 입력 전압 3.3V, 출력 전압 700mV~12V, 1.2MHz의 스위칭 주파수, 최대 효율 90% 갖는다. 1mA이하의 대기모드에서도 높은 효율을 구현하기 위하여 LDO를 설계하였다. In this paper, a buck-boost converter using three DTMOS(Dynamic Threshold Voltage MOSFET) switching devices is presented. The efficiency of the proposed converter is higher than that of conventional buck-boost converter. DTMOS with low on-resistance is designed to decrease conduction loss. The threshold voltage of DTMOS drops as the gate voltage increases, resulting in a much higher current handling capability than standard MOSFET. In order to improve the power efficiency at the high current level, the proposed converter is controlled with PWM(pulse width modulation) method. The converter has maximum output current 300mA, input voltage 3.3V, output voltage from 700mV to 12V, 1.2MHz oscillation frequency, and maximum efficiency 90%. Moreover, the LDO(low drop-out) is designed to increase the converting efficiency at the standby mode below 1mA.

Green-Power 스위치와 DT-CMOS Error Amplifier를 이용한 DC-DC Converter 설계

구용서(Koo, Yong-Seo),양일석(Yang, Yil-Suk),곽재창(Kwak, Jae-Chang) 한국전기전자학회 2010 전기전자학회논문지 Vol.14 No.2

본 논문에서는 DT-CMOS(Dynamic Threshold voltage CMOS) 스위칭 소자와 DTMOS Error Amplifier를 사용한 고 효율 전원 제어 장치(PMIC)를 제안하였다. 높은 출력 전류에서 고 전력 효율을 얻기 위하여 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식을 사용하여 PMIC를 구현하였으며, 낮은 온 저항을 갖는 DT-CMOS를 설계하여 도통 손실을 감소시켰다. 벅 컨버터(Buck converter) 제어 회로는 PWM 제어회로로 되어 있으며, 삼각파 발생기, 밴드갭 기준 전압 회로, DT-CMOS 오차 증폭기, 비교기가 하나의 블록으로 구성되어 있다. 제안된 DT-CMOS 오차증폭기는 72dB DC gain과 83.5위상 여유를 갖도록 설계하였다. DTMOS를 사용한 오차증폭기는 CMOS를 사용한 오차증폭기 보다 약 30%정도 파워 소비 감소를 보였다. Voltage-mode PWM 제어 회로와 낮은 온 저항을 스위칭 소자로 사용하여 구현한 DC-DC converter는 100mA 출력 전류에서 95%의 효율을 구현하였으며, 1mA이하의 대기모드에서도 높은 효율을 구현하기 위하여 LDO를 설계하였다. The high efficiency power management IC(PMIC) with DTMOS(Dynamic Threshold voltage MOSFET) switching device and DTMOS Error Amplifier is presented in this paper. PMIC is controlled with PWM control method in order to have high power efficiency at high current level. Dynamic Threshold voltage CMOS(DT-CMOS) with low on-resistance is designed to decrease conduction loss. The control parts in Buck converter, that is, PWM control circuits consist of a saw-tooth generator, a band-gap reference circuit, an DT-CMOS error amplifier and a comparator circuit as a block. the proposed DT-CMOS Error Amplifier has 72dB DC gain and 83.5deg phase margin. also Error Amplifier that use DTMOS more than CMOS showed power consumption decrease of about 30%. DC-DC converter, based on Voltage-mode PWM control circuits and low on-resistance switching device is achieved the high efficiency near 96% at 100mA output current. And DC-DC converter is designed with Low Drop Out regulator(LDO regulator) in stand-by mode which fewer than 1mA for high efficiency.

고내압 MOSFET의 고온 영역에서의 전기적 특성 분석

구용서,Koo, Yong-Seo 한국전기전자학회 2007 전기전자학회논문지 Vol.11 No.3

본 논문에서는 고온 환경에서의 대칭형 HV-MOSFET과 비대칭형 HV-MOSFET 구동 소자들의 채널길이, 확장 드레인 영역의 길이의 변화에 따른 전기적 특성변화를 실험을 통해 분석 하였으며 각각의 구조별로 고온 환경에서 확장 드레인의 길이와 채널 길이의 변화에 따른 전기적 특성을 분석하였다. 실험 결과 비대칭 구조는 400K의 온도에서 드레인 전류가 300K에서 보다 약 25% 이상 감소하였고, 트랜스 컨덕턴스는 약 40% 감소, 온 저항은 약 30% 증가 하는 것을 알 수 있었다. 이러한 변화는 주로 온도 증가에 따른 캐리어 이동도의 감소에 따른 현상으로 사료 된다. 대칭 구조의 경우는 비대칭 구조보다 드레인 전류와 트랜스 컨덕턴스의 변화폭이 적었으며 각각 20%, 35%감소를 보였으며, 온 저항은 확장 드레인영역이 길어져 35%의 더 큰 증가량을 보였다. 주로 고온 환경에서 동작하는 고전압 MOSFET(HV-MOSFET)의 설계 시에는 고온 환경을 고려한 소자의 설계가 요구되며, 각 설계변수의 최적화가 필요하다. In this study, the electrical characteristics of Symmetric and Asymmetric High Voltage MOSFET(HV-MOSFET) under high temperature were investigated. And, the specific on-resistance, threshold voltage, transconductance, drain current of the HV-MOSFETs were measured over a temperatures range of 300K ${\leq}$ T ${\leq}$400K. From the result of measured data, specific on-resistance increases slightly with increasing temperature. Especially, at high temperature(at 400K) specific on-resistance was increased about 30% than that in room temperature. And, in high temperature condition (at 400K), drain current was decreased about 30%, Also, transconductance(gm) was decreases with increasing temperature.

다검정실리콘 self-align을 이용한 고성능 바이폴라트랜지스터 제작

구용서(Yong Seo Koo),구진근(Jin Gun Koo),박문평(Moon Pyung Park),이진효(Jin Hyo Lee) 대한전자공학회 1985 대한전자공학회 학술대회 Vol.1985 No.6

A Study on the Characteristics of PSA Device using RTA Process and Trench Technology

구용서,강상원,안철,Koo, Yong-Seo,Kang, Sang-Won,An, Chul The Institute of Electronics and Information Engin 1991 전자공학회논문지-A Vol.28 No.9

This paper presents the 1.5\ulcorner PSA bipolar device which establishes the performance improvement such as the reduction of emitter resistance and substrate junction capacitance. To achieve the above electrical characteristics, RTA process and trench isolation technology were adapted. The emitter resistance and substrate capacitance of npn transistor having 1.5$[\times}6{\mu}m^{2}$emitter area was measured with 63$\Omega$and 28fF, respectively. The minimum propagation delay time shows 121ps at 0.7mW from the measurement of 31 stage ring oscillator.

CCD 이미지 센서용 Power Management IC 설계

구용서,이강윤,하재환,양일석,Koo, Yong-Seo,Lee, Kang-Yoon,Ha, Jae-Hwan,Yang, Yil-Suk 한국전기전자학회 2009 전기전자학회논문지 Vol.13 No.4

본 논문에서는 CCD 이미지 센서용 PMIC를 제안한다. CCD 이미지 센서는 온도에 민감하다. 일반적으로 낮은 효율을 갖는 PMIC에 의해 열이 발생된다. 발생된 열은 CCD 이미지 센서의 성능에 영향을 미치므로 높은 효율을 갖는 PMIC를 사용함으로써 최소화 시켜야 한다. 고효율의 PMIC개발을 위해 입력단은 동기식 step down DC-DC컨버터로 설계하였다. 제안한 PMIC의 입력범위는 5V~15V이고 PWM 제어방식을 사용하였다. PWM 제어회로는 삼각파 발생기, 밴드갭 기준 전압회로, 오차 증폭기, 비교기로 구성된다. 삼각파 발생기는 1.2MHz의 발진 주파수를 가지며, 비교기는 2단 연산 증폭기로 설계되었다. 오차 증폭기는 40dB의 DC gain과 $77^{\circ}$ 위상 여유를 갖도록 설계하였다. step down DC-DC 컨버터의 출력은 Charge pump의 입력으로 연결된다. Charge pump의 출력은 PMIC의 출력단인 LDO의 입력으로 연결된다. PWM 제어회로와 Charge pump 그리고 LDO로 구성된 PMIC는 15V, -7.5V, 5V, 3.3V의 출력전압을 갖는다. 제안한 PMIC는 0.35um 공정으로 설계하였다. The power management integrated circuit(PMIC) for CCD image sensor is presented in this study. A CCD image sensor is very sensitive against temperature. The temperature, that is heat, is generally generated by the PMIC with low efficiency. Since the generated heat influences performance of CCD image sensor, it should be minimized by using a PMIC which has a high efficiency. In order to develop the PMIC with high efficiency, the input stage is designed with synchronous type step down DC-DC converter. The operating range of the converter is from 5V to 15V and the converter is controlled using PWM method. The PWM control circuit consists of a saw-tooth generator, a band-gap reference circuit, an error amplifier and a comparator circuit. The saw-tooth generator is designed with 1.2MHz oscillation frequency. The comparator is designed with the two stages OP Amp. And the error amplifier has 40dB DC gain and $77^{\circ}$ phase margin. The output of the step down converter is connected to input stage of the charge pump. The output of the charge pump is connected to input of the LDO which is the output stage of the PMIC. Finally, the PMIC, based on the PWM control circuit and the charge pump and the LDO, has output voltage of 15V, -7.5V, 3.3V and 5V. The PMIC is designed with a 0.35um process.

CMOS공정 기반의 고속-저 전압 BiCMOS LVDS 구동기 설계

구용서,이재현,Koo, Yong-Seo,Lee, Jae-Hyun 한국전기전자학회 2007 전기전자학회논문지 Vol.11 No.1

본 논문에서는 CMOS 공정기반의 BiCMOS LVDS 구동기를 설계하여 고속 I/O 인터페이스에 적용하고자 한다. 칩 면적을 줄이고 LVDS 구동기의 감내성을 향상시키기 위해 lateral 바이폴라 트랜지스터를 설계하여 LVDS 구동기의 바이폴라 스위칭으로 대체하였다. 설계된 바이폴라 트랜지스터는 20가량의 전류이득을 지니며, 설계된 LVDS 드라이버 셀 면적은 $0.01mm^2$로 설계되었다. 설계된 LVDS 드라이버는 1.8V의 전원 전압에서 최대 2.8Gb/s의 데이터 전송속도를 가진다. 추가적으로 ESD 현상을 보호하기 위해 새로운 구조의 ESD 보호 소자를 설계하였다. 이는 SCR구조에서 PMOS, NMOS의 턴-온 특성을 이용 낮은 트리거링 전압과 래치 업 현상을 최소화 시킬 수 있다. 시뮬레이션 결과 2.2V의 트리거링 전압과 1.1V의 홀딩 전압을 확인할 수 있었다. This paper presents the design of LVDS (Low-Voltage-Differential-Signaling) transmitter for Gb/s-per-pin operation. The proposed LVDS transmitter is designed using BiCMOS technology, which can be compatible with CMOS technology. To reduce chip area and enhance the robustness of LVDS transmitter, the MOS switches of transmitter are replaced with lateral bipolar transistor. The common emitter current gain($\beta$) of designed bipolar transistor is 20 and the cell size of LVDS transmitter is $0.01mm^2$. Also the proposed LVDS driver is operated at 1.8V and the maximum data rate is 2.8Gb/s approximately In addition, a novel ESD protection circuit is designed to protect the ESD phenomenon. This structure has low latch-up phenomenon by using turn on/off character of P-channel MOSFET and low triggering voltage by N-channel MOSFET in the SCR structure. The triggering voltage and holding voltage are simulated to 2.2V, 1.1V respectively.

향상된 전기적 특성을 갖는 트렌치 게이트형 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터에 관한 연구

구용서,손정만,Koo, Yong-Seo,Son, Jung-Man 한국전기전자학회 2007 전기전자학회논문지 Vol.11 No.4

본 논문에서는 전력용 스위칭 소자로 널리 활용되고 있는 IGBT 소자 중 수평 게이트 구조보다 우수한 특성을 지닌 트렌치 게이트 IGBT(TIGBT) 구조를 채택하여, 기존의 TIGBT가 갖는 구조적 한계를 극복하고 좀 더 우수한 전기적 특성을 갖는 새로운 구조의 수직형 TIGBT를 제안하였다. 첫 번째로 제안한 IGBT 소자는 P+컬렉터를 산화막으로 고립시킴으로서 N-드리프트 층으로의 정공 주입효율을 극대화하여 기존 구조보다 더 낮은 순방향 전압강하를 얻도록 설계된 구조이다. 두 번째 제안한 구조는 양 게이트 사이의 P-베이스 구조를 볼록하게 형성함으로서 게이트 쪽으로 집중되는 전계의 일부를 접합부 쪽으로 유도하여 기존 구조보다 더 높은 항복전압을 얻을 수 있다. 또한 P-베이스의 볼록한 구조가 턴-오프 시 정공의 흐름을 개선시켜 기존 구조보다 더 빠른 턴-오프 시간을 갖게 된다. 시뮬레이션 결과 첫 번째 구조의 특징은 2.4V의 순방향 전압강하 특성을 갖는 기존의 IGBT 구조보다 상당히 낮은 2.1V의 순방향 전압강하 특성을 나타냈으며, 두 번째 구조는 기존의 IGBT 보다 10V정도 높아진 항복전압 특성을 보였다. 또한 두 번째 구조에서 기존 구조와 비교해볼 때 9ns 정도 빠른 턴-오프 시간을 보였다. 최종적으로 제안된 새로운 구조의 TIGBT는 위 두 구조가 갖는 우수한 전기적 특성을 모두 갖도록 결합한 것이며, 시뮬레이션 결과 기본의 TIGBT 소자보다 순방향 전압강하, 항복특성, 그리고 턴 오프 특성이 모두 우수한 결과를 나타냈다. In this study, three types of a novel Trench IGBTs(Insulated Gate Bipolar Transistor) are proposed. The first structure has P-collector which is isolated by $SiO_2$ layer to enhance anode-injection-efficiency and enable the device to have a low on-state voltage drop(Von). And the second structure has convex P-base region between both gates. This structure may be effective to distributes electric-field crowded to gate edge. So this structure can have higher breakdown voltage(BV) than conventional trench-type IGBT(TIGBT). The process and device simulation results show improved on-state, breakdown and switching characteristics in each structure. The first one was presented lower on state voltage drop(2.1V) than that of conventional one(2.4V). Also, second structurehas higher breakdown voltage(1220V) and faster turn off time(9ns) than that of conventional structure. Finally, the last one of the proposed structure has combined the two structure (the first one and second one). This structure has superior electric characteristics than conventional structure about forward voltage drop and blocking capability, turnoff characteristics.