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고전압 β-산화갈륨(β-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) 전력 MOSFETs
문재경,조규준,장우진,이형석,배성범,김정진,성호근,Mun, Jae-Kyoung,Cho, Kyujun,Chang, Woojin,Lee, Hyungseok,Bae, Sungbum,Kim, Jeongjin,Sung, Hokun 한국전기전자재료학회 2019 전기전자재료학회논문지 Vol.32 No.3
This report constitutes the first demonstration in Korea of single-crystal lateral gallium oxide ($Ga_2O_3$) as a metal-oxide-semiconductor field-effect-transistor (MOSFET), with a breakdown voltage in excess of 480 V. A Si-doped channel layer was grown on a Fe-doped semi-insulating ${\beta}-Ga_2O_3$ (010) substrate by molecular beam epitaxy. The single-crystal substrate was grown by the edge-defined film-fed growth method and wafered to a size of $10{\times}15mm^2$. Although we fabricated several types of power devices using the same process, we only report the characterization of a finger-type MOSFET with a gate length ($L_g$) of $2{\mu}m$ and a gate-drain spacing ($L_{gd}$) of $5{\mu}m$. The MOSFET showed a favorable drain current modulation according to the gate voltage swing. A complete drain current pinch-off feature was also obtained for $V_{gs}<-6V$, and the three-terminal off-state breakdown voltage was over 482 V in a $L_{gd}=5{\mu}m$ device measured in Fluorinert ambient at $V_{gs}=-10V$. A low drain leakage current of 4.7 nA at the off-state led to a high on/off drain current ratio of approximately $5.3{\times}10^5$. These device characteristics indicate the promising potential of $Ga_2O_3$-based electrical devices for next-generation high-power device applications, such as electrical autonomous vehicles, railroads, photovoltaics, renewable energy, and industry.
문재경,배성범,장우진,임종원,남은수,Mun, J.K.,Bae, S.B.,Chang, W.J.,Lim, J.W.,Nam, E.S. 한국전자통신연구원 2012 전자통신동향분석 Vol.27 No.1
차세대 화합물 반도체 플랫폼으로 각광을 받고 있는 GaN 전자소자 글로벌 연구개발 동향에 관하여 기술하고자 한다. GaN 전자소자는 와이드 밴드갭(Eg=3.4eV)과 고온 안정성($700^{\circ}C$) 등 재료적인 특징으로 인하여 고출력 RF 전력증폭기와 고전력용 전력반도체 응용에 큰 장점을 가진다. GaN 전자소자 기술동향에서는 먼저 미국, 유럽, 일본을 중심으로 한 대형 국책 연구프로젝트 분석을 통한 RF 전력증폭기 연구개발 방향을 살펴보고, 후반부에서는 이동통신 기지국, 선박 및 군용 레이더 트랜시버용 고출력 RF 전력증폭기의 응용 분야에 관하여 알아본다. 이러한 총체적인 동향분석을 통하여 차세대 반도체의 신시장 개척과 선진입을 위한 GaN 전자소자의 연구개발 방향과 조기상용화의 중요성을 함께 생각해보고자 한다.
차세대 고효율/고출력 반도체: GaN 전력소자 연구개발 현황
문재경,민병규,김동영,장우진,김성일,강동민,남은수,Mun, J.K.,Min, B.G.,Kim, D.Y.,Chang, W.J.,Kim, S.I.,Kang, D.M.,Nam, E.S. 한국전자통신연구원 2012 전자통신동향분석 Vol.27 No.4
차세대 에너지 절감 반도체로 각광을 받고 있는 GaN(Gallium Nitride) 전자소자의 연구개발 동향, 특히 전력증폭기용 GaN 기술동향에 관하여 기술하였다. GaN 전자소자는 와이드 밴드갭($E_g=3.4eV$)과 고온($700^{\circ}C$) 안정성 등 재료적인 특징으로 인하여 고출력 RF(Radio Frequency) 전력증폭기와 고전력 스위칭 소자로서 큰 장점을 갖는다. 본고에서는 차세대 GaN 전력소자의 주요 특성을 소개하고 미국, 유럽, 일본을 중심으로 한 대형 국책 연구 프로젝트 분석을 통한 GaN 전력소자 연구개발 방향 및 GaN 전력소자 시장과 주요 특허 현황을 살펴보았다. 또한 국내의 주요 연구개발 현황과 현재 수행 중이거나 완료된 연구개발 과제를 간략하게 언급하였다. 이러한 연구개발 현황분석을 통하여 GaN 기술의 중요성과 함께 국산화의 시급성을 강조하고자 한다.
고전압 β-산화갈륨(β-Ga2O3) 전력 MOSFETs
문재경,조규준,장우진,이형석,배성범,김정진,성호근 한국전기전자재료학회 2019 전기전자재료학회논문지 Vol.32 No.3
This report constitutes the first demonstration in Korea of single-crystal lateral gallium oxide (Ga2O3) as a metal-oxide-semiconductor field-effect-transistor (MOSFET), with a breakdown voltage in excess of 480 V. A Si-doped channel layer was grown on a Fe-doped semi-insulating β-Ga2O3 (010) substrate by molecular beam epitaxy. The single-crystal substrate was grown by the edge-defined film-fed growth method and wafered to a size of 10×15 mm2. Although we fabricated several types of power devices using the same process, we only report the characterization ofa finger-type MOSFET with a gate length (Lg) of 2 μm and a gate-drain spacing (Lgd) of 5 μm. The MOSFET showed a favorable drain current modulation according to the gate voltage swing. A complete drain current pinch-off feature was also obtained for Vgs<-6 V, and the three-terminal off-state breakdown voltage was over 482 V in a Lgd=5 μm device measured in Fluorinert ambient at Vgs=-10 V. A low drain leakage current of 4.7 nA at the off-state led to a high on/offdrain current ratio of approximately 5.3×105. These device characteristics indicate the promising potential of Ga2O3-based electrical devices for next-generation high-power device applications, such as electrical autonomous vehicles, railroads, photovoltaics, renewable energy, and industry. 본 논문에서는 국내 최초로 항복전압 480 V 이상을 갖는 산화갈륨 MOSFETs을 시연하였다. Si-도핑된 β-Ga2O3 채널층은 Fe-도핑된 β-Ga2O3 (010) 기판위에 분자선 증착법 (MBE)으로 성장되었다. 게이트 길이 (Lg) 2 µm, 게이트-드레인 간격 (Lgd) 5 µm 소자의 경우 핀치오프 전압(Vp) 이 -6.1 V, 게이트 전압 (Vgs) -10 V 에서 항복전압이 -482 V, 드레인 누설전류 4.7 nA, 온/오프 전류비는 5.3x105으로 평가되었다. 이러한 소자의 특성은 산화갈륨 전자소자가 전기자율주행차, 철도, 태양광 및 신재생 에너지 및 산업과 같은 차세대 고전력 소자응용에 응용이 유망할 것으로 생각된다.