3.3 kV급 실리콘 카바이드 접합 장벽 쇼트키 다이오드용 접합 종료 확장과 P+ 가드링의 최적화

• Published in: 한국정보통신학회논문지, 29(4) pp. 502 - 507
• Main Authors: 김선구, 유윤섭
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 한국정보통신학회 01.04.2025
• Subjects: 전자/정보통신공학
• ISSN: 2234-4772; 2288-4165

3.3 kV급 4H-SiC 접합 장벽 쇼트키(junction barrier Schottky; JBS) 다이오드의 설계 및 최적화를 소개한다. 전기장이 과도하게 밀집되어 발생하는 신뢰성 문제를 해결하기 위해 접합 종료 확장(junction termination edge; JTE)과 P+ 가드 링 (P+ guard ring; PGR) 같은 가장자리 종료 기술의 최적 조건을 TCAD 시뮬레이션을 통해 조사한다. JTE 도핑 농도가 1×1017 cm-3 이상이고 JTE 길이가 30 µm 이상인 경우에 PGR이 없어도 약 5.6 kV의 항복 전압을 달성함을 확인했다. 또한, JTE 도핑 농도가 1×1015 cm-3이고 JTE 길이가 35 µm이상인 경우에 PGR이 5개 이상이면 약 5.6 kV의 항복 전압을 달성함을 확인했다. 이 연구는 3.3 kV 이상의 항복전압을 가지는 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)과 IGBT(insulated gate bipolar transistor)와 같은 고전압 전력 소자의 개발에 중요한 기여를 할 수 있는 최적 설계 매개변수를 제시하고 있다. The design and optimization of a 3.3 kV 4H-SiC Junction Barrier Schottky (JBS) diode was introduced. To address reliability issues caused by excessive electric field concentration, the optimal conditions of edge termination techniques such as Junction Termination Extension (JTE) and P+ Guard Ring (PGR) were investigated through Technology Computer-Aided-Design (TCAD) simulations. A breakdown voltage of the JBS diode without any PGR was observed to be approximately 5.6 kV when the JTE doping concentration was 1×1017 cm-3 and the JTE length was 30 µm. Additionally, a breakdown voltage of the JBS diode with more than 5 PGRs was observed to be approximately 5.6 kV when the JTE doping concentration was 1×1015 cm-3 and the JTE length was 35 µm. In this study, optimal design parameters that can make significant contributions to the development of high power devices such as metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) and insulated-gate-bipolar transistors (IGBTs) with breakdown voltages exceeding 3.3 kV was presented. KCI Citation Count: 0