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표제지

국문초록

목차

기호 및 약어 10

I. 서론 12

1.1. 연구배경 12

1.2. 연구목적 15

II. 본론 17

2.1. IGBT의 구조 17

2.2. IGBT의 동작 원리 19

2.2.1. 턴-온 19

2.2.2. 턴-오프 23

2.3. IGBT의 특성 24

2.3.1. 항복전압(Breakdown Voltage) 25

2.3.2. 온-상태 전압 강하 27

III. 구조 제안 및 설계 32

3.1. 제안한 Dual-Gate IGBT의 구조분석 32

3.2. 1200V Planar IGBT 설계 및 전기적 특성분석 36

3.2.1. Cell depth에 따른 항복전압과 온-상태 전압강하 특성 36

3.2.2. 비저항에 따른 항복전압과 온-상태 전압강하 특성 38

3.2.3. Gate 길이와 JFET dose에 따른 항복전압과 온-상태 전압 강하 특성 40

3.2.4. P-base dose에 따른 문턱전압, 온-상태 전압강하 특성 43

3.3. 1200V Trench IGBT 설계를 위한 시뮬레이션 50

3.3.1. Gate depth에 따른 항복전압과 온-상태전압강하 52

3.3.2. P-base dose에 따른 문턱전압과 온-상태 전압강하 54

3.4. 1200V Dual-Gate IGBT 설계를 위한 시뮬레이션 61

3.4.1. Gate 길이와 JFET dose에 따른 항복전압과 온-상태전압강하 65

3.4.2. P-base dose에 따른 문턱전압과 온-상태 전압강하 71

3.5. 1200V Planar IGBT, Trench IGBT. Dual-Gate IGBT 전기적 특성 최종 비교분석 79

IV. 결론 85

참고문헌 88

표목차

표 3.1.1. 1200V Planar IGBT 설계를 위한 공정파라미터 34

표 3.2.1.1. N-drift depth에 따른 항복전압, 온-상태 전압강하 특성결과 38

표 3.2.2.1. N-drift Resistivity에 따른 항복전압, 온-상태 전압강하의 변화 40

표 3.2.3.1. Gate width에 따른 항복전압, 온-상태 전압강하 특성결과 43

표 3.2.3.2. JFET dose에 따른 항복전압, 온-상태 전압강하 특성결과 43

표 3.2.4.1. P-base dose에 따른 문턱전압, 온-상태 전압강하 특성결과 44

표 3.2.4.2. 1200V Planar IGBT 결과 50

표 3.2.4.3. 1200V Planar IGBT 최종파라미터 50

표 3.3.1. 1200V Trench IGBT 공정파라미터 52

표 3.3.1.1. Gate Depth에 따른 항복전압, 온-상태 전압강하 특성결과 54

표 3.3.2.1. P-base dose에 따른 문턱전압, 온-상태 전압강하 특성결과 56

표 3.3.2.2. 1200V Trench IGBT 결과 56

표 3.3.1. 1200V Planar IGBT 최종파라미터 61

표 3.3.2.4. 1200V Planar, Trench IGBT 결과 비교 61

표 3.4.1. 1200V Dual-Gate IGBT 설계를 위한 공정파라미터 65

표 3.4.1.1. Gate width에 따른 항복전압, 온-상태 전압강하 특성결과 70

표 3.4.1.2. JFET dose에 따른 항복전압, 온-상태 전압강하 특성결과 70

표 3.4.2.1. P-base와 PP-base dose에 따른 항복전압과 온-상태 전압강하 특성결과 72

표 3.4.2.2. 1200V Dual-Gate IGBT 결과 79

표 3.4.2.3. 1200V Dual-Gate IGBT 최종파라미터 79

표 3.5.1. 1200V Planar, Trench, Dual-Gate IGBT 결과 비교 80

그림목차

그림 1.1.1. 전력반도체 소자의 종류 13

그림 1.2.1. 산업용 인버터 시장 16

그림 2.1.1. IGBT 기본 구조 단면도(등가회로) 18

그림 2.1.2. IGBT 기본 구조 단면도 20

그림 2.1.3. IGBT 기본 Gate 구조 및 제안 된 구조의 단면도 21

그림 2.2.1.1. IGBT 턴-온 시 전자, 정공 이동도 22

그림 2.3.1.1. 오프상태 IGBT의 영역별 전계와 포텐셜 분포도 26

그림 2.3.2.1. 기본 IGBT구조의 저항분포도 31

그림 3.1.1. 반개 시뮬레이션(Half simulation) 33

그림 3.1.2. 1200V Planar IGBT 설계를 위한 구조 35

그림 3.2.1.1. N-drift depth에 따른 항복전압과 온-상태 전압강하 변화 37

그림 3.2.2.1. 비저항에 따른 항복전압과 온-상태 전압강하 변화 39

그림 3.2.3.1. Gate width에 따른 항복전압과 온-상태 전압강하 변화 41

그림 3.2.3.2. JFET dose에 따른 항복전압과 온-상태 전압강하 변화 42

그림 3.2.4.1. P-base dose에 따른 문턱전압와 온-상태 전압강하 변화 45

그림 3.2.4.2. 1200V Planar IGBT 결과 구조 46

그림 3.2.4.3. 1200V Planar IGBT 문턱전압 47

그림 3.2.4.4. 1200V Planar IGBT 항복전압 48

그림 3.2.4.5. 1200V Planar IGBT 온-상태 전압강하 49

그림 3.3.1. 1200V Trench IGBT 설계를 위한 구조 51

그림 3.3.1.1. Gate depth에 따른 항복전압과 온-상태 전압강하 변화 53

그림 3.3.2.1. P-base dose에 따른 항복전압과 온-상태 전압강하 변화 55

그림 3.3.2.2. 1200V Trench IGBT 결과 구조 57

그림 3.3.2.3. 1200V Trench IGBT 문턱전압 58

그림 3.3.2.4. 1200V Trench IGBT 항복전압 59

그림 3.3.2.5. 1200V Trench IGBT 온-상태 전압강하 60

그림 3.3.2.6. 1200V Planar, Trench IGBT 문턱전압 비교 62

그림 3.3.2.7. 1200V Planar, Trench IGBT 항복전압 비교 63

그림 3.3.2.8. 1200V Planar, Trench IGBT 온-상태 전압강하 비교 64

그림 3.4.1. 1200V Trench IGBT 설계를 위한 구조 66

그림 3.4.1.1. Gate width에 따른 항복전압 67

그림 3.4.1.2. Gate width에 따른 온-상태 전압강하 68

그림 3.4.1.3. JFET dose에 따른 항복전압과 온-상태 전압강하 변화 69

그림 3.4.2.1. P-base dose에 따른 문턱전압 73

그림 3.4.2.2. P-base dose에 따른 온-상태 전압강하 변화 74

그림 3.4.2.3. 1200V Dual-Gate IGBT 최종구조 75

그림 3.4.2.4. 1200V Dual-Gate IGBT 문턱전압 76

그림 3.4.2.5. 1200V Dual-Gate IGBT 항복전압 77

그림 3.4.2.6. 1200V Dual-Gate IGBT 온-상태 전압강하 78

그림 3.5.1. 1200V Planar, Trench, Dual-Gate IGBT 최종문턱전압 비교 81

그림 3.5.2. 1200V Planar, Trench, Dual-Gate IGBT 최종 항복전압 비교 82

그림 3.5.3. 1200V Planar, Trench, Dual-Gate IGBT 최종 온-상태 전압강하 비교 83

그림 3.5.4. 1200V IGBT 전계 3D그래프 84

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