Enhanced Planar IGBT 의 소개

* 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.

 

[출처]M. Rahimo, A. Kopta and S. Linder, "Novel Enhanced-Planar IGBT Technology Rated up to 6.5kV for Lower Losses and Higher SOA Capability," 2006 IEEE International Symposium on Power Semiconductor Devices and IC's, 2006, pp. 1-4, doi: 10.1109/ISPSD.2006.1666064.

 

 

 

 

<개요>

 

본 논문에서는 일반적인 planar igbt 에서 p-body 를 둘러싸는 n+ layer 를 위치시킨 새로운 구조를 제시합니다. 

n+ layer 는 collector 로 부터 주입 된 hole 의 유출을 막아 소자 내에 축적합니다. 이렇게 축적된 hole 은 전자들과 conductivity modulation 을 더욱이 강화시켜 결과적으로 소자의 전도도를 한 층 높이게 됩니다.

 

 

 

* igbt 의 구조 및 동작

 

                                         

위 그림은 planar igbt 의 일반적인 구조입니다. 

일반적인 자료들을 보면 보기 편하게 n-drfit 영역을 축소시켜 놓는데

실제 igbt 는 고전력용 반도체이기 때문에 높은 전압을 견뎌내기 위해 넓은 n-drift 영역을 필요로 합니다. 그러나 n-drfit 영역이 이렇게 길면 당연히 소자 내의 저항이 높아지기 때문에 전도도는 떨어지게 됩니다. 그렇다고 n-drfit 영역 길이를 무작정 줄이게 되면 igbt 소자가 높은 전압을 견디지 못하고 망가져버립니다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-off 상태 : off 일 때는 gate 가 off 상태이기에 channel 이 형성되지 않아 전자의 이동은 없고 , collector 는 on 상태이기 때문에 hole 은 collector 로 부터 n-drift 영역으로 주입되어 축적된다. 그러나 일부의 hole 들은 p-body 로 유출되어 off-state 에서의 leakage current 를 만들어 낸다. 

-on 상태 : on 일 때는 gate 가 on 되어 전자들이 channel 을 타고 n-drift 영역으로 주입된다. 전자들은 collector 로 가고 hole 들은 emitter 로 이동한다. 이 때에 전자와 hole 은 서로 반대 극성을 가져 서로가 이동하는데 저항을 낮추어 주는 conductivity modulation 을 일으켜 전도도를 향상시킨다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<본문리뷰>

 

 

위 그림은 논문에서 제시하는 Enhanced Planar IGBT (EP-IGBT) 입니다. 일반적인 igbt 에 EP-layer 가 추가 된 구조입니다. 여기서 EP-layer 는 hole 에 대한 장벽 역할을 합니다. off 상태일 때 collector 로부터 hole 들이 주입됩니다만 이때 EP-layer 가 hole 에 대한 장벽 역할을 하기 때문에 hole 이 p-body 로 유출되지 않고 n-drift 영역에 축적됩니다. 이로써 off-state leakage current 도 감소하고, n-drift 영역의 hole density 가 높아졌기 때문에 전자와 hole 이 일으키는 conductivity modulation 이 강화되어 전체적인 전도도가 강화됩니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

이러한 EP-layer 의 작동원리는 energy band diagram 으로 확인하면 쉽게 이해 할 수 있습니다.

EP-layer 는 n-drift 영역의 도핑농도보다 좀 더 높게 도핑을 쳤기 때문에 에너지 밴드가 n-drift 영역보다 좀 더 깊습니다. 그로 인해서 그림에서도 확인 할 수 있듯이 EP-layer 는 hole 에 대한 장벽으로 작용하고 hole 들이 이 장벽을 넘어서 p-body 로 유출되려면 기존의 것보다 더 큰 에너지가 필요하기 때문에 off-state 에서의 leakage current 가 감소 할 수 있는 것입니다. 

on-state 에서는 채널이 형성되기 때문에 거기를 통해서 상당부분의 캐리어들이 이동하기에 장벽에 의한 전도도 감소도 적습니다. 

 

 

 

이상으로 이번 논문 소개 및 리뷰 마치겠습니다^^

 

더 자세한 내용은 본 논문에서 확인 할 수 있습니다.

 

[출처]M. Rahimo, A. Kopta and S. Linder, "Novel Enhanced-Planar IGBT Technology Rated up to 6.5kV for Lower Losses and Higher SOA Capability," 2006 IEEE International Symposium on Power Semiconductor Devices and IC's, 2006, pp. 1-4, doi: 10.1109/ISPSD.2006.1666064.