고전압 동작을 위한 차세대 전력반도체 소자 구조개선 및 최적화

Abstract

알루미늄질화갈륨/질화갈륨 고전자이동도트랜지스터와 4H-탄화규소 수직구조이중확산형금속산화물반도체전계효과트랜지스터는 기존 실리콘 소자에 비해서 우수한 특성으로 인하여 차세대 전력반도체의 유력한 후보로 주목받고 있다. 질화갈륨에서는 알루미늄질화갈륨/질화갈륨 고전자이동도트랜지스터에서 상시불통형 소자, 탄화규소에서는 4H-탄화규소 수직구조이중확산형금속산화물반도체전계효과트랜지스터에서의 항복전압 향상이 핵심연구분야라고 할 수 있는데, 이를 시뮬레이션을 통해 연구하였다. 상시불통형 알루미늄질화갈륨/질화갈륨 고전자이동도트랜지스터는 채널영역에 얕은 p형의 도핑을 해줌으로써 입증되었다. 핵심 아이디어는 에너지밴드를 페르미준위 위로 끌어올려 2DEG를 제거하는 방식으로 문턱전압을 2.7V까지 상승시켰다. 이 방식은 간단하며 다른 상시불통형 소자 방식에도 적용이 가능하기 때문에 문턱전압을 더 상승시킬 수 있다. 4H-탄화규소 수직구조이중확산형금속산화물반도체전계효과트랜지스터의 항복전압은 이동영역 내부에 장벽을 삽입함으로써 크게 증가하는데 이는 내부의 장벽이 전계를 여러군데로 분산하며 부분적인 전계를 감소시키기 때문이다. 본 논문에서는 4H-탄화규소 수직구조이중확산형금속산화물반도체전계효과트랜지스터에서 장벽의 효과와 자세한 항복 특성을 분석하였으며, 공정가능성에 대해서도 논하였다.