TDMOSFET의 전기적 특성의 안정성 및 최적화에 관한 연구 = (A) study on the stability about temperature changes and its optimization of the electrical characteristics of TDMOSFET

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 저전압에서 대전류를 제어할 수 있는 전력 소자인 TDMOSFET의 전기적 특성을 온도 변화와 cell 수의 증가에 따라 분석하였다.
먼저, test cell(9cells)과 22k cell, 45k cell 및 94k cell의 온도 변화에 따른 전기적 특성을 분석한 결과 온도가 상승함에 따라 I_(ds), g_(m), V_(T) 및 R_(on) 등은 그 특성이 저하되었다. 다만, BV 값은 증가하여 그 특성이 향상되었다.
한편, cell 수가 증가하면 대부분의 전기적인 특성들이 향상되는 것을 확인할 수 있었는데 특히 R_(on)이 감소하여 I_(ds)가 증가하는 등 온도 상승에 따른 효과를 보완하는 쪽으로 작용하였다. 다만 cell 수가 증가하면 reliability는 떨어졌는데, 이는 동작하지 않는 cell 때문에 unit 전체가 동작하지 않는 확률이 커졌기 때문인 것으로 보였다.
400K 이상의 온도환경에서는 TDMOSFET의 주요 전기적 특성인 대전류를 만족하지 못하였는데, 이 때는 N-epi 영역의 도핑 농도를 더 높여주거나 trench 게이트의 깊이를 더 늘리는 방법을 통해 보완할 수 있다는 것을 시뮬레이션을 통하여 확인할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper analyzed the electrical characteristics of TDMOSFET cells with changing temperature and number of cells.
Increasing the temperature, most of the electrical characteristics such as I_(ds), g_(m), V_(T) and Ron are degraded, but BV alone is increased.
On the other hand, as the number of cells are increased, most of the electrical characteristics are improved, including decrease of R_(on) especially, so as to compensate the degradation in high temperature operation. But the reliability of the whole cell system is somewhat degraded when the number of the cells are increased, and it is supposed that it was because the probability of malfunction of unit cell increased.
Above 400K, the increase of the number of cells alone could hardly satisfy the high current level. In this case, it is verified by simulation that increase of the doping level of N-epi layer and increase of the trench gate length are helpful for the proper operations.

목차 (Table of Contents)

• 차례 = I
• ABSTRACT
• 요약
• I. 서론 = 1
• II. TDMOSFET(Trench Dual gate MOSFET)의 개요 = 3
• 2-1. DMOSFET의 분류 및 구조 = 3
• 2-1-1. LDMOSFET = 4
• 2-1-2. VDMOSFET = 5
• 2-2. TDMOSFET(Trench Dual gate MOSFET) 구조 및 동작 원리 = 7
• III. 본 연구에 사용한 TDMOSFET cell들 = 9
• 3-1. TDMOSFET의 제조 공정 개요 = 9
• 3-2. TDMOSFET cell들의 구조 및 layout = 14
• IV. TDMOSFET cell들의 온도 특성 측정 및 분석 = 16
• 4-1. Test cell(9cells)의 상온에서의 전기적 특성 = 16
• 4-2. Test cell(9cells) 및 22k·45k·94k cells의 온도변화에 따른 전기적 특성 = 19
• 4-2-1. BV(breakdown voltage) = 19
• 4-2-2. V_(T)(threshold voltage) = 20
• 4-2-3. R_(on)(on-resistance) = 22
• 4-2-4. I_(ds)(drain current) = 23
• 4-2-5. g_(m)(transconductance) = 25
• 4-2-6. Figure of merit(BV/R_(on)) = 26
• V. TDMOSFET의 고온 동작을 위한 최적화 조건 분석 = 28
• 5-1. 고온 환경에서의 전기적 특성 분석 = 28
• 5-2. 고온 환경 동작을 위한 공정 변수의 고찰 = 29
• VI. 결론 = 39
• 참고문헌 = 41