SiC igbt - conductivity modulation 강화를 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] Zhang, Meng, Baikui Li, and Jin Wei. "Exploring SiC Planar IGBTs towards Enhanced Conductivity Modulation Comparable to SiC Trench IGBTs." Crystals 10.5 (2020): 417.

 

 

 

 

<개요>

본 논문에서는 SiC 를 사용한 igbt 를 사용하였고 또한 planar igbt 의 전도도 향상을 위해 buried p layer (BP layer) 를 사용하였습니다. igbt 는 대표적인 bipolar transistor 로써 electron 과 hole 이 conductivity modulation 을 일으켜 전도도 향상이 일어납니다. 그러나 일부 hole 들은 n-drift 영역에 축적되지 못하고 p-body 로 유출되어 leakage current 가 발생하고 conductivity modulation 이 현상이 약화됩니다. 여기서 BP layer 가 hole 이 p-body 로 유출되는 것을 막아 전도도를 향상시키는 역할을 수행합니다. 

 

 

* SiC 를 사용하는 이유 

SiC (2.2~3.3eV) 는 일반적인 Si (1.1eV) 보다 높은 bandgap 을 가져 높은 전압에도 버틸 수 있는 특성을 가집니다. 이같은 넓은 bandgap 은 Si 과 C 의 결합에 의해 발생합니다. Si 은 3주기의 원소로 최외각 전자가 원자핵에서 비교적 떨어져 있는 반면 C 는 2주기의 원소로 최외각 전자에 대한 원자핵의 구속력이 큽니다. 따라서 Si 보다 더 높은 bandgap 을 가진 C 가 결합하면서 기존의 Si 보다 더 높은 bandgap을 가지는 SiC 가 나타나게 됩니다. 이러한 높은 bandgap 은 고전압이 가해졌을 때 avalanche breakdown 의 발생을 지연시켜 높은 BV 특성을 가지게 합니다. 

Si / SiC

 

 

<본문>

본 논문에서의 (buried p) BP igbt 는 p-body 밑에 buried p layer 가 존재합니다. off-state 일 때 일반적인 (planar) P igbt 는 hole 이 p-body 로 유출되어 일정수준이상으로 hole 이 소자내에 축적되지 못합니다. 그러나 BP layer 가 위치하게 될 경우 BP layer 에 hole 들이 축적되게 됩니다. 이에 따라 hole density 가 전체적으로 상승하게 되고 on 되었을 때 conductivity modulation 이 더욱이 강하게 일어나게 되어 전도도 특성이 상승하는 효과를 가져오게 됩니다.

n-drift / BP layer / n+

또한 BV 특성 또한 개선됩니다. 일반적인  P igbt 의 경우 전압이 p-body / n-drift 접합에 바로 가해지는 반면에 BP igbt 는 BP layer 가 밑에 위치해 있음으로 인해 potential 이 분산되어 가해지게 되어 breakdown voltage 가 높아집니다.

 

이상으로 이번 논문리뷰를 마칩니다.

 

더 자세한 내용은 본 논문에서 확인 할 수 있습니다.

 

[출처]  Zhang, Meng, Baikui Li, and Jin Wei. "Exploring SiC Planar IGBTs towards Enhanced Conductivity Modulation Comparable to SiC Trench IGBTs." Crystals 10.5 (2020): 417.