Smart power IC용 SOI LIGBT의 최적설계에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

전력 소자는 다양한 응용 범위에 알맞은 여러 종류가 개발되어 왔으며, 특히 전력 Bipolar Transistor와 전력 MOSFET이 주류가 되어왔다. 전력 Bipolar Transistor는 on-state 특성이 좋고, 작은 순방향 전압 강하라는 장점이 있는 반면, 전류 제어 소자라는 이유 때문에 많은 출력전류를 구동하기 위해서는 그만큼 많은 베이스 전류가 필요해 전력소모가 큰 단점이 있다. 반면 MOSFET은 전압 제어 소자이고 높은 임피던스 게이트를 제어하기 때문에 많은 출력전류를 구동하더라도 게이트를 제어하기 위해 소모되는 전력은 작다는 장점이 있는 반면 항복전압이 높아짐에 따라 on-저항이 급격히 증가하는 단점이 있다. 이런 측면에서 두 소자의 장점들을 결합시켜 개발된 것이 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)이다. 즉, 전압 제어 게이트 구동과 우수한 on-state 특성을 접목시킨 새로운 전력소자이다.
본 논문에서는 Smart Power IC용을 목적으로 소자간 격리 특성이 우수한 SOI(Silicon On Insulator) LIGBT(Lateral IGBT)의 buffer층 도핑을 조절해 소자 특성을 최적화 하였다. 다음의 소자특성은 TMA의 TSUPREM-4와 MEDICI를 이용하여 산출하였고, buffer층의 도즈가 2.9×1014/cm2( peak 도핑 : 약 4.0×1018/cm3)일 때 180V 항복전압, 전압 강하 1.24V (@ J=100A/cm2), turn-on 시간 5.5ns, turn-off 시간 13ns, 매우 우수한 SOA특성을 갖는 전류-전압특성 곡선을 얻었다. 전류-전압 특성을 정확히 분석하기 위해 static latch-up simulation 및 소자의 내부 온도 상승을 고려한 simulation을 수행하였다. 또한 유도성 부하 스위칭 특성이 SOA에 미치는 영향을 시뮬레이션 한 결과 unclamping mode에서 10MHz의 동작주파수와 1000nH의 인덕턴스를 구동할 때는 항상 안전동작영역에서 동작함을 도식적으로 확인하였다.