SiGe collector igbt - tail current 감소를 위한 새로운 구조

* 본글의 내용은 논문 본문의 내용을 참조하였습니다 .

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안녕하세요. 저는 전기공학과 학부연구생이고 논문리뷰하는 내용 블로그에 정리하면서 생각도 정리하고 겸사겸사 기록도 남겨놓으려는 의도로 리뷰 작성했습니다.

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논문의 모든 내용을 요약정리 하기 보다는(저작권문제) 제가 보면서 파악한 부분들을 간단하게나마 정리하여 논문을 소개하는 형식으로 리뷰하겠습니다.

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[출처] Kudoh, Tsugutomo, and Tanemasa Asano. "Si/SiGe heterojunction collector for low loss operation of trench IGBT." Applied surface science 224.1-4 (2004): 399-404.

 

 

 

<개요>

 

igbt 에서 중요한 이슈로는 power loss 와 frequency 를 꼽을 수 있습니다.

 

 이번 논문에서는 이 중요한 두가지 이슈에 영향을 주는 tail current 를 줄이고자 collector 에 SiGe layer 를 사용한 IGBT 의 새로운 concept 이 제안되었습니다.

 

 SiGe layer 를 사용하면 on-state 에 collector 로 부터 drift 영역으로 주입되던 hole들이 switch 하자마자 빠르게 주입이 중단되는 효과가 있다. 그래서 SiGe layer 를 통해 turn-off 시간을 단축시킬 수 있다.

 

​ 그러나 반면에 turn-on voltage loss 가 증가하게 되므로 SiGe 의 구성을 조정하고 Si-SiGe stripe-shaped collector 를 사용하는 방법을 통해 이러한 결점을 조정한다.

 

 

 

​* tail current 란

tail current

tail current 는 말그대로 igbt 가 turn-off 할 때 전류가 바로 꺼지지 않고 꼬리처럼 천천히 사라지는 현상을 뜻합니다.

이는 대표적인 bipolar transistor인 IGBT 의 대표적인 특성으로 hole 에 기인한 현상입니다. hole 은 electron 에 비해 이동도가 낮습니다. 그래서 turn-off 시점에서 electron 은 짧은 시간 내에 외부로 유출되지만 hole 은 많은 양이 내부에 갇히게 되어 recombination 으로 천천히 소멸하게 되므로 power loss 와 frequency 측면에서 손해를 보게 됩니다. 

 

<본문 리뷰>

 

 논문의 [Fig. 1.] 은 이번 논문에서 제시한 새로운 igbt 구조입니다. 위 그림에서 주목할 점은 collector 에 Si/SiGe 가 함께 사용되었다는 점입니다. SiGe 를 사용하게 될 경우 [Fig. 2.] 와 같이 에너지밴드 상에서 Si와 SiGe의 balance band 에 gap 이 생기게 됩니다. SiGe collector 는 이러한 band gap 을 가짐에 따라 turn-off 시에 hole 들의 유출이 더욱 빨라집니다. 더욱이 SiGe 는 Si 에 비해 hole 의 lifetime 이 더욱 짧기에 hole 의 유출은 더욱 가속됩니다. 

 반면에 이러한 band gap 은 on-state 에서의 hole 의 주입(collector -> drift 영역)을 방해하게 되어 on-state loss 를 높이는 단점을 가집니다. 

 그래서 이번 논문에서는 SiGe collector 의 장점을 그대로 가져가면서 단점을 최소화 하기 위해 Si/SiGe collector 를 사용하였습니다.

 

이상으로 이번 논문 소개 및 리뷰 마치겠습니다^^