일반기술

래치-업을 억제하는 전력용 반도체 소자 설계

Silicon-On-Insulator(SOI) 기술을 이용한 반도체 소자는 높은 신뢰성과 빠른 동작속도 및 집적도의 향상 등을 쉽게 얻을 수 있는 이점 때문에 최근에 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, SOI기술은 절연격리가(dielectric isolation)가 용이하기 때문에 전력 집적회로 (power IC)의 제작에 이용될 경우 소자의 스위칭 속도를 향상시킬 수 있고 논리회로와 전력소자를 구조적으로 완전히 분리시킬 수 있는 등의 여러 가지 장점이 있어 최근에 많은 연구가 활발히 진행되고 있다. 전력용 개별소자(discrete device)로 많이 쓰이고 있는 수평형 IGBT(Lateral Insulated Gated Bipolar Transistor)는 SOI 기판 위에 제작할 때 위에서 언급한 것과 같은 여러 가지 이점을 얻을 수 있으나, IGBT소자에서 최대 전류능력을 제한하는 소위 latch-up 문제는 더욱 심각하게 나타난다. Latch-up특성을 개선하기 위하여 정공 전류를 바이패스시키는 SOI LIGBT를 제안하였고, MEDICI 시뮬레이션을 통해 이를 검증하였다. 제안된 소자는 기존의 LIGBT구조에서 게이트와 캐소드의 위치를 바꾸고 트렌치 게이트를 채택하여 구현하였으며 기존의 소자에 비해서 5배 이상의 latch-up 전류능력을 가짐을 알 수 있었다. 또한, 캐리어의 수명을 여러 가지로 바꾸었을 때에도 개선된 latch-up 특성이 유지됨을 확인 할 수 있었다. 제안된 소자의 스위칭 속도는 기존의 소자와 거의 같았고 순방향 전압강하는 제안된 소자가 캐리어 수명에 따라 약 0.1V 에서 0.8V 정도 높았으나 이것은 에피층의 농도가 낮게 설계될 경우 해결될 수 있다.