Floating p-well 전압 감지 방법과 수평형 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(LIGBT)를 이용한 새로운 1200V 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 보호회로 = A New 1200V PT-IGBT with Protection Circuit employing the Lateral IGBT and Floating p-well Voltage Sensing Scheme

국문 초록 (Abstract)

절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (Insulated Gate Bipolar Transistor : IGBT)는 높은 전류구동 능력과 높은 입력 임피던스 특성으로 인해 대전력 스위칭 소자로 널리 응용되고 있다. 특히, 대용량 모터 구동을 위해 응용되는 경우, 모터의 부하 특성상, 모터의 단락에 의한 단락 회로 (Short-circuit fault) 현상을 비롯한 클램핑 다이오드의 파손으로 인한 unclamped 유도성 부하 스위칭 (UIS) 상황에서 견딜 수 있도록 설계되어야 한다. 이를 위해, 이전 연구를 통해 Floating p-well을 600V급 IGBT에 도입함으로써 UIS 상황에서 IGBT가 견딜 수 있는 에너지(항복 에너지)를 증가시키고 Floating p-well 전압을 감지함으로써 단락 회로 상황에서 IGBT가 보호될 수 있도록 보호회로를 제안하고 검증하였다. 그러나 이 보호회로는 수평형 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터 (Lateral MOSFET) 로 제작됨으로써 보호회로 기능을 수행하기 위해서는 넓은 연적을 요구하였다. 또한, 정상적인 동작 상황에서 오류를 감지 (오류 감지: False detection)하는 동작으로 인해 추가적인 filter를 요구함으로써 보호회로 동작 속도를 감소시켰다. 이러한 단점을 해결하기 위해, 수평형 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (Lateral IGBT : LIGBT)를 보호회로에 적용함으로써 LIGBT의 높은 전류 구동능력을 이용하여 기존 보호회로 연적의 30% 수준의 보호회로를 구현하였다. 또한, 구현된 보호회로는 오류 감지 현상을 제거함으로써 보호회로의 동작 속도를 개선하였다. 제안된 보호회로와 1200V 급 IGBT는 7장의 마스크를 이용한 표준 수평형 IGBT 공정을 이용하여 제작되었으며, 특히, 전자빔 조사를 이용하여 턴오프 속도를 개선함으로써 고속 스위칭에 적합하도록 최적화 되었다.