• The Magazine of the IEIE
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• v.37 no.8
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• pp.31-40
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• 2010

1947년 트랜지스터의 발명을 시작으로 사이리스터, MOSFET 및 IGBT 등의 전력반도체 소자가 개발되면서 산업, 가전 및 통신 등의 다양한 분야에서 실리콘 기반의 전력반도체 소자가 활용되고 있다. 개발 당시에는 10A/수백V 정도의 전류통전능력 및 전압저지능력을 가지고 있었지만, 현재에는 8000A/12kV급의 대용량 소자까지 생산되고 있다. 이러한 전력반도제 소자는 다양한 응용분야에 서 높은 전압 저지능력, 큰 전류 통전 능력 및 빠른 스위칭 특성을 요구하고 있다. 특히 최근의 전력변환장치들은 고온동작특성 및 고효율화에 대한 요구가 더욱 강조되고 있다. 일반적인 실리콘 전력반도체소자는 물질적인 특성한계로 고온에 서의 동작 시 소자 특성이 떨어지는 특징을 보이고 있어 고온 환경에 적합한 전력반도체 소자의 필요성이 증가되어 실리콘에 비해 밴드�b이 넓은 SiC 및 GaN 등의 wide bandgap 반도체 물질의 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 SiC는 단결정 성장을 통한 웨이퍼화가 용이하고 소자 제작공정이 기존 실리콘공정과 유사하여 많은 연구가 진행되었으며 일부 소자에서 상용화가 진행되었다. 본고에서는 현재 활발히 진행되고 있는 탄화규소 전력반도체소자의 기술동향에 대해 소개하고자 한다.

• 전기의세계
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• v.24 no.6
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• pp.35-38
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• 1975

금속과 원소반도체의 접촉으로 이루어진 점접촉트란지스터를 출발점으로 한 P-N접합트란지스터는 4반세기동안 반도체전자 소자의 중심이었다. 이와 같은 반도체소자는 단결정반도체의 특성을 이용한 것으로 그 제작에 있어 거의 완전에 가까운 결정구조와 극도의 화학적순수성이 요구되는 것이다. 이와 같은 요구조건은 접합형 반도체소자제작에 큰 제한을 주게 된다. Gunn Diode, Impatt Diode등으로 반도체소자는 Bulk형식의 것이 각광을 받게 되었으며 MOS형식의 FET에 이르러 신기원을 이루게 되었다. 이리하여 MOS기술은 Sapphire기반을 도입함으로써 SOS기법으로 발전을 거듭하게 되었다. 그러나 정질반도체의 이용이라는 근본적 개념에서는 이탈치못하고 있다. 이상과 같은 정질반도체소자에 대응하여 반대적 입장에서 불순물농도의 영향이 적은 비정질반도체의 연구가 70년이후 미국을 중심으로 활발하게 전개되고 있다. 그 연구 및 개발결과는 2년마다 이루어지는 액체비정질반도체국제회의에서 종합되고 있다. 이 분야에서의 연구는 1968년 Ovshinsky가 비산화물 Chalcogenide glass 비정질박막에서의 빠른 응답속도의 양극대칭성 Switching 현상 발견을 계기로 신국면을 개척하게 된 것이다. 이들 비정질반도체에 대한 물성론적 흥미와 응용면에 관한 기대로부터 전도기구의 해명과 응용회로의 개발연구가 급속히 진전되고 있다.

• 전기의세계
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• v.34 no.6
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• pp.360-365
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• 1985

실리콘 반도체 소자의 개발은 인류에게 큰 편리를 주며 현 과학문명을 급진적으로 발전시켰다. 실리콘 반도체 기술이 꽃을 피울 무렵 실리콘보다 우수한 성능을 요구하는 필요에 의해 새로운 물질이 연구되기 시작했다. "미래의 반도체"라 불리우는 화합물 반도체로 과학 문명은 새로운 국면을 맞이하게 된다. 그것은, 화합물 반도체의 발광효과를 이용한 광통신개발과 실리콘보다 빠른 전자속도를 이용한 초고속 소자의 개발이라 할 수 있다. 이글에서는 주로 현재 세계에서 널리 연구되고 있는 초고속소자의 기술개발에 대하여 이야기하고자 한다.이야기하고자 한다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2006.07c
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• pp.1609-1610
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• 2006

이 논문은 인위적으로 전자파를 발생시켜 이 전자파에 의한 반도체 소자의 피해 효과를 조사한 것이다. 동작주파수가 2.45 GHz인 마그네트론으로부터 발생되는 전자파는 끝단이 개방되어있는 도파관을 통해 자유공간으로 전파되고, 도파관 끝단으로부터 $30\;cm\;{\sim}\;50\;cm$인 지점에 반도체 소자들을 위치시켜 동작상태를 확인하였다. 시험에 사용된 피시험체인 반도채 소자로는 TTL과 CMOS 기반기술의 반도체를 사용하였고, LED 구동회로를 구성하여 LED의 점등 여부로 오동작 및 파괴 여부를 육안 식별하였다. 또한 시험 전후의 반도체 소자 표면을 제거 후 칩 상태를 SEM 분석하였다. 시험 결과 도파관 끝단으로부터 50 cm, 40 cm 떨어진 지점에 반도체 소자를 위치시키고 도파관 끝단에서 발생되는 전자파에 의한 반도체 소자의 피해는 전혀 없었다. 그러나 30 cm 떨어진 지점에서 오동작 및 파괴가 일어났다. 오동작 및 파괴가 일어난 시료의 칩 상태를 SEM 분석한 결과 칩 내부의 onchipwire의 용융으로 인한 파괴와 bondingwire의 완전파괴를 확인할 수 있었다. 위의 시험 결과는 인위적인 전자파 환경에서 반도체 소자의 결합 기구를 해석하는 기초 자료로 활용되며, 전자 장비들의 전자파 장해에 대한 이해에 도움이 되는 자료로 활용될 수 있을 것이다.

• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.7 no.3
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• pp.154-164
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• 1992

고온초전도체의 전자응용 예를 들면, 죠셉슨접합과 같은 diode-type 의 초전도소자 뿐만 아니라 반도체 트랜지스터와 같은 고온초전도 삼단자소자의 개발 및 실용화를 위해서 해결해야 할 당면문제는 많다. 그 중에서 특히, 실리콘 기판위에 고온초전도 단결정박막을 성장시키는 것과 양질의 유전체 buffer층을 제조하는 것등이 있다. 초전도체/반도체구조에서 초전도전자쌍은 근접효과에 의해 반도체속으로 확산되어 가며, 이러한 현상을 이용하여 초전도 트랜지스터와 초전도 전자파소자와 같은 신기능 초전도소자를 구현할 수 있다. 그리고 이들 소자의 동작원리는 반도체속에서의 초전도 파동함수(질서파라미터)의 제어에 기초를 두고 있다. 고온초전도 일렉트로닉스를 겨냥하며, 중요한 응용으로서 거론되고 있는 분야는 1) one-wafer computer의 꿈을 실현하기 위한 기반기술로 꼽고 있는 초전도배선연구, 2) 성능에서 반도체소자를 능가하는 초전도소자, 3) 21세기를 전망하면서 집적회로 연구자들의 타깃이 되고 있는 초전도집적회로 및 일렉트로닉스, 그리고 4) 광범위한 응용이 기대되는 초정밀 센서인 SQUID 소자 등이 있다.

• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.6 no.3
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• pp.3-12
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• 1991

현재 전자장비는 대부분 반도체소자로 구성되어 있어 이들 소자의 신뢰성이 매우 중요하다. 반도체소자의 신뢰성은 고장률로 표현되는데 실질적인 고장률은 사용현장에서 수집된 데이터에서 산출되지만 데이터 수집기간이 길고, 고장원인이 불분명하며, 수적으로도 빈약한 실정이다. 따라서 본고에서는 MIL-HDBK-217E의 고장률예측 모델을 이용하여 반도체소자를 제조기술, 패키지형태, 칩접착 상태별로 구분하여 고장률을 산출하였다.

• 전기의세계
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• v.42 no.3
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• pp.28-36
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• 1993

전력용 반도체 소자는 과거 전력 다이오드, 바이플라 전력 트랜지스터 및 사이리스터 중심의 시장구성이 80년대에 들어와 전력 MOSFET와 IGBT의 지속적인 기술 발전에 힘입어 92년 전력용 반도체소자 전체 시장 45억불의 53%에 해당하는 24억불을 전력 MOSET, IGBT, 바이플라 전력 트랜지스터가 시장을 구성하고 있으며 연간 10% 이내의 지속적인 성장이 예고되고 있다. 또한 전력 MOSFET, IGB는 개별 전력소자로서의 역할뿐만 아니라 논리회로 혹은 고성능 아나로그회로와 동일 칩상에서 모노리틱 형태로 집적화되는 스마트 전력 집적회로의 출현에 중요한 영향을 미쳤으며 스마트 전력 집적회로로의 출력단 소자에 응용되어 파워부하의 구동 및 제어의 기능을 하고 있다. 이러한 전력용 반도체소자의 기술발전은 전력 전자 산업의 핵심 반도체소자로써 전력전자 시스템, 각종 전자기기 및 가전제품에 응용되어 이들 응용제품 및 시스템의 고급화, 지능화, 소형경량화에 크게 기여하고 있다.

• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.29 no.6
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• pp.53-62
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• 2014

본고는 최근 화두가 되고 있는 에너지 절감을 위해 고효율, 친환경의 WBG(Wide Band-Gap) 화합물반도체인 SiC(Silicon Carbide), GaN(Gallium Nitride) 전력반도체 소자 및 전력변환 모듈의 기술동향과 ETRI에서 연구개발 진행 중인 GaN 전력반도체 관련 기술에 대해 기술한다. WBG 전력반도체는 기존의 실리콘 전력반도체와 비교하여 열 특성 향상, 고속 스위칭, 고전압/고전류 특성 및 스위칭 손실 최소화 등이 가능하고 이에 따른 시스템의 소형화 및 전력효율 향상 효과를 얻을 수 있다. 특히, GaN 전력반도체 소자는 시장이 가장 넓게 형성되어 있는 900V 이하에 적용이 가능하며, 앞으로 시장이 커질 것으로 예상되는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)/EV(Electric Vehicle)의 친환경 자동차에도 활용될 것으로 기대되고 있다. 본고는 최근의 일본과 미국에서의 WBG 전력반도체에 대한 관심 및 투자 방향과 GaN 전력반도체 소자에 대한 해외 기업의 업계동향에 대해서도 함께 살펴본다. 이러한 WBG 전력반도체에 대한 해외 선진업체의 산업동향과 더불어 ETRI에서 연구개발 중인 GaN 전력반도체 기술현황에 대해 전력소자 설계 및 제조공정, 패키징, 전력모듈 설계 제작 기술을 포함하여 기술한다.

• KIPE Magazine
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• v.14 no.1
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• pp.21-25
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• 2009

전력반도체소자는 1947년 트랜지스터의 출현으로 반도체시대가 도래한 이후 사이리스터, MOSFET 및 IGBT 등으로 발전하였다. 개발당시에는 10A 정도의 전류처리 능력과 수백V 정도의 진압저지능력을 가지고 있었지만, 현재에는 정격전류로는 약 8,000A, 정격전압으로는 무려 12kV 급까지 발전되었다. 그러나 전력반도체 소자의 대부분은 실리콘을 윈료로 제작되고 있으며 현재 실리콘의 물성적 한계에 직면하여 고전압, 저손실 및 고속 스위칭화에 대한 새로운 도전이 시작되고 있다. SiC 전력용 반도체는 실리콘 반도체의 이론적 물성한계를 극복할 수 있는 소재로서 80년대 이후 각광받아 왔다. 하지만 대구경의 단결정 웨이퍼 및 저결함의 에피박막의 부재로 90년대 중반까지는 가능성 있는 재료로서만 연구되었다. 90년대 중반 단결정 웨이퍼가 상용화된 이후 단결정 웨이퍼의 대구경화 및 저결함화가 급속히 진전되어 전력용 반도체 소자의 개발도 활기를 띄게 되었다. 본 기고에서는 탄화규소 반도체소자의 기술동향에 대해 소개하고자 한다.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.17 no.6
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• pp.3-10
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• 2004

1970년대 초반 이후 반도체 산업의 비약적 발전은 다양한 응용으로 적용되어 여러 분야의 산업들의 성장을 촉진시키고, 번영시켰다. 이런 성장의 중심에서, 반도체 소자의 feature size의 감소는 초소형, 저전력, 고기능 특성을 갖는 소자의 생산을 가능하게 하였으며 이를 기반으로 소자의 재현성, 생산성 증가로 이어져 반도체 산업을 성공시킨 필수적인 요건이 되어 왔다. 실질적으로, 반도체 소자의 feature size는 매 3년마다 약 70%씩 감소해 왔다. 최근에는 반도체 기술 발전의 고속화가 이루어지고 있어 그 속도가 2년 주기로 단축되었다. 이런 현상은 Rayleigh equation으로 도출되었으며, 이것은 유명한 무어의 법칙(Moore's law)의 기본 원리이기도 하다. 이런 반도체 소자의 feature size 감소는 특정 패턴의 선폭에 대한 미세화가 필수적인 요건이며, 미세한 선폭을 형성시키기 위한 노광기술은 feature size 감소의 핵심 기술로 대두되고 있다.(중략)