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인덕션용 1,200V Trench Gate Type Field Stop IGBT의 전기적 특성에 관한 연구
리춘청 극동대학교 일반대학원 2020 국내석사
국문초록 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)디바이스는 우수한 전기적 특성이 가지고 있는 소자이며, 큰 전력을 처리하기 위해 설계하는 스위칭 디바이스로서 전원 공급 장치, 태양광 인버터, 인덕션이나 전자레인지등에 널리 사용할수 있다. 현 단계에서는 전자레인지, 주파수변환 에어컨, 차재 전자제품 등 중소출력, 고스위칭 주파수의 소비전자 분야에서 Trench 구조와 Field Stop 구조의 양쪽을 결합한 Trench Gate type Field-Stop IGBT가 주축이 되어, IGBT 분야의 연구의 새로운 화제가 되었다. Trench Gate type Field-Stop형 IGBT 는 수직형 게이트 구조(Trench-Gate) IGBT 기술을 Field Stop구조 IGBT 기술이 결합된 새로운 IGBT의 발전 방향으로 높은 Breakdown Voltage을 가지고 있고, 우수한 열 특성 및 고-전류를 처리 하는 만큼 이상적인 On state Voltage drop와 Breakdown Voltage가 이상적이고 우수한 반도체 소자의 필요 사항을 연구목표로 하고 있다. IGBT의 전기적 특성의 효율을 좋게 하기 위한 trade-off 관계를 최적화 시키고자 본 논문에서는 1,200V Trench Gate Type Field Stop IGBT 공정 시뮬 레이터인 T-CAD를 사용하였다. 본 논문에서 Trench Gate를 설계하기 위해서 Breakdown Voltage의 가장 큰 영향을 주는 N드리프트 크기, 즉 Cell Thickness와 On-state Voltage Drop에 가장 큰 영향을 주는 비저항 (Resistivity)에 따른 실험 및 Field Stop Layer에 농도에 따른 Breakdown Voltage 특성을 분석을 진행하였으며, P-Base의 농도와 크기에 따른 Threshold Voltage 특성을 확인하여 시뮬레이션을 진행되었다. 결과적으로 1,200V Trench Gate Type Field Stop IGBT의 Breakdown Voltage은 1449.54V, On-state Voltage Drop는 1.327V, Threshold Voltage은 4.250V로 확인하였다. 영문초록 The Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) device is a device with excellent electrical characteristics and is a switching device designed to handle large power and can be widely used in power supplies, solar inverters, induction or microwave ovens. At the present stage, the Trend Gate Type Field-Stop IGBT, which combines both the Trench structure and the Field Stop structure in the consumer electronics sector of high-switching frequency, small and medium-sized outputs such as microwave ovens, frequency conversion air conditioners, and differential electronics, has become a new topic of discussion in IGBT field. Trend Gate type Field-Stop-type IGBT has a high yield voltage in the direction of the development of the new IGBT combined with the vertical gate structure (Trench-Gate) IGBT technology, and is ideal for on-state voltage drop and yield (on state voltage drop) as it deals with excellent thermal characteristics and high current. To optimize the trade-off relationship to improve the efficiency of the electrical properties of IGBT, this paper used T-CAD, a 1,200V Trench Gate Type Field Stop IGBT process simulator. In this paper, the yield voltage characteristics according to concentration of field stop layer were analyzed and the threshold voltage characteristics according to P-Base concentration and the simulation were confirmed and simulated according to the concentration and size of P-Base were conducted in accordance with the N drift size, which most affected the yield voltage. As a result, the breakdown voltage of the 1,200V Trench Gate Type Field Stop IGBT was 1449.54V, the On-state Voltage Drop was 1.327V, and the Threshold Voltage was 4.250V.
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