Deep-Trench 기술을 적용한 Super Junction MOSFET의 Charge Balance 특성에 관한 연구 = A Study on the Charge Balance Characteristics of Super Junction MOSFET with Deep-Trench Technology

국문 초록 (Abstract)

파워 소자(Power Device)는 1W 이상의 전력을 제어하는 능력을 지닌 전력 반도체를 지칭한다. 파워 소자에서 가장 중요한 연구 주제로는 높은 효율성이 다. 즉, 트레이드-오프(Trade-Off)관계인 항복전압(Breakdown Voltage)과 온저항(Ron)을 해석하여 소자가 높은 항복전압을 갖을 때, 온 저항의 증가 비율을 최소화하기 위한 연구이다. 본 논문에서는 이와 같은 현상을 최소화시키기 위해서 Super Junction MOSFET구조를 제시하였고, 구조의 이론적 고찰을 통해 최적화된 소자를 설계하여, 공정 파라미터를 제시하였다. 동시에 공정의 특성을 파악하여 더 나은 특성을 갖는 공정 방법을 선택하고, 각 구조의 공정 상의 장점과 이론적인 최적화 방법을 접목시켜 높은 효율을 갖을 수 있는 구조를 공정 시뮬레이션인 T-CAD를 사용해 설계하였다.
두 가지의 공정 방법을 이용하여 Deep-Trench Super Junction MOSFET과 Multi-Epi Super Junction MOSFET을 설계하여 특성을 비교 하였으며 전계 분포를 한 곳에 집중시키지 않고 소자 전체에 고르게 퍼지게 만들어 비슷한 정도의 온 저항을 유지할 때 높은 항복전압을 형성하고 신뢰성과 소자 스트레 스를 최소화 시킬 수 있는 Deep-Trench Super Junction MOSFET을 설계 할수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 전력 소자의 개요 1
• 2. 연구 목적 2
• Ⅱ. 본 론 4
• 1. Power MOSFET의 이론적 고찰 4
• 2. Power MOSFET의 동작 원리 6
• 3. Power MOSFET의 전기적 특성 9
• 1) 항복전압 (Breakdown Voltage) 9
• 2) 문턱전압 (Threshold Voltage) 13
• 3) 온 저항 (R DS(on) ) 14
• 4) 항복전압과 온 저항의 Trade-Off 관계 17
• Ⅲ. 구조 제안 및 설계 19
• 1. Super Junction MOSFET 이론적 고찰 19
• 1) Super Junction MOSFET 구조 제작 공정 방법 23
• 2. Super Junction MOSFET 설계 25
• 1) Deep-Trench Super Junction MOSFET 기본 구조 설계 25
• 2) 전계 분산을 위한 P-Pillar 구조 변형 28
• 3) 비교를 위한 Multi-Epi Super Junction MOSFET 설계 37
• 4) 설계한 두 구조의 전계 분포 그래프 비교 39
• Ⅳ. 결 론 40
• 참고문헌 42
• 영문초록 44