• 전기의세계
• /
• v.42 no.3
• /
• pp.28-36
• /
• 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.

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

• Electrical & Electronic Materials
• /
• v.9 no.9
• /
• pp.969-977
• /
• 1996

본고에서는 여러가지 Wide Band-gap중에서 특히 최근에 많은 관심을 끌고 있는 GaN와 4H-SiC, 6H0SiC의 전자기적 물성을 소개하고 현재 이들로부터 제작된 prototype소자들의 성능을 비교함으로써 그 발전현황을 알아보기로 한다. 본고에서 관심을 두는 소자분야는 광전소자(optoelectronic devices)라기보다는 고주파 고출력용 전력소자임을 밝힌다. 아울러 GaN로부터 제작된 MESFET(MEtal Semiconductor Field-Effect Transistor)소자의 고주파 대역에서의 Large-Signal특성을 Device/Circuit Model을 통하여 실험치와 비교하여보고 이로부터 최적화된 channel 구조를 갖는 소자구조에서의 RF특성을 조사한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.108-108
• /
• 2011

최근 에너지 위기와 환경 규제 강화 및 친환경, 녹색성장 등의 이슈가 대두되면서 에너지 절감과 환경보호 분야에 그린 전력반도체 수요가 날로 증가되고 있다. 이러한 그린 전력반도체는 휴대용컴퓨터, 이동통신기기, 휴대폰, 조명, 자동차, 전동자전거, LED조명 등 다양한 종류의 전력소자들이 사용되고 있으며, 전력소자의 수요증가는 IT, NT, BT 등의 융복합기술의 발달로 새로운 분야에 전력소자의 수요로 창출되고 있다. 특히 환경오염을 줄이기 위한 고전압 대전류 전력소자의 에너지 효율을 높이는 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 종래의 전력소자는 평면형의 LDMOS나 VDMOS 기술을 이용한 소전류 주로 제작되어 수십 암페어의 필요한 대전류용으로 사용이 불가능하다. 반면 수직형 전력소자인 트렌치를 이용한 power 소자는 집적도를 증가 시킬 수 있을 뿐만 아니라 대전류 고전압 소자 제작에 유리하다. 특히 평면형 소자에 비해 약 30%이상 칩 면적을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 평면형에 비해 on-저항을 낮출 수 있기 때문에 수요가 날로 증가하고 있다. 트렌치 게이트 power MOS의 중요한 게이트 산화막 형성 기술은 트렌치 내부에 균일한 두께의 산화막 형성과 높은 신뢰성을 갖는 게이트 산화막 형성이 매우 중요하다. 본 연구에서는 전력소자를 제조하기 위해 트렌치 기술을 이용하여 수직형 전력소자를 제작하였다. 트렌치형 전력소자는 게이트 산화막을 균일하게 형성하는 것이 매우 중요한 기술이다. 종래의 수평형 소자 제조시 게이트 산화막 형성 후 산화막 두께가 매우 균일하게 성장되지만, 수직형 트렌치 게이트 산화막은 트렌치 내부벽의 결정구조가 다르기 때문에 $1000^{\circ}C$에서 열산화막 성장시 결정구조와 결정면에 따라 약 35% 이상 열산화막 두께가 차이가 난다. 본 연구는 이러한 문제점을 해결하기 위해 트렌치를 형성한 후 트렌치 내부의 결정구조를 변화 및 산화막의 종류와 산화막 형성 방법을 다르게 하여 균일한 게이트 산화막을 성장시켜 산화막의 두께 균일도를 향상시켰다. 그 결과 고밀도의 트렌치 게이트 셀을 제작하여 제작된 트렌치 내부에 동일한 두께의 게이트 산화막을 여러 종류로 산화막을 성장시킨 후 성장된 트렌치 내벽의 산화막의 두께 균일도와 게이트 산화막의 항복전압을 측정한 결과 약 25% 이상 높은 신뢰성을 갖는 게이트 산화막을 형성 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2010.06a
• /
• pp.184-184
• /
• 2010

ITO의 전극 패턴에 따른 유기 광기전력 소자의 전기적 특성에 대해서 연구하였다. 소자의 구조는 ITO/PEDOT:PSS(90nm)/CuPc(20nm)/$C_{60}$(40nm)/LiF(0.5nm)/Al(100nm)이고, PEDOT:PSS는 스핀 코팅한 후 $120^{\circ}C$에서 20분간 건조시켰으며, 유기물은 열증착을 하여 제작하였다. ITO 전극의 패턴을 corss-bar type과 island type으로 하여 소자의 특성을 비교하였다. 광원은 500W xenon lamp를 사용하였고, optical density filter로 광원의 세기를 조절하였으며, AM 1.5G의 스펙트럼을 조사하였다. PEDOT:PSS 층을 사용함으로서 유기 광기전력 소자의 효율, 단락 전류, 그리고 개방 전압의 향상을 얻을 수 있었다. ITO 전극 패턴에 따른 광기전력 소자의 특성은 cross-bar type에 비하여 island type의 구조에서 유기 광기전력 소자의 효율이 34% 감소하였다.

• Electronics and Telecommunications Trends
• /
• v.27 no.4
• /
• pp.96-106
• /
• 2012

차세대 에너지 절감 반도체로 각광을 받고 있는 GaN(Gallium Nitride) 전자소자의 연구개발 동향, 특히 전력증폭기용 GaN 기술동향에 관하여 기술하였다. GaN 전자소자는 와이드 밴드갭($E_g=3.4eV$)과 고온($700^{\circ}C$) 안정성 등 재료적인 특징으로 인하여 고출력 RF(Radio Frequency) 전력증폭기와 고전력 스위칭 소자로서 큰 장점을 갖는다. 본고에서는 차세대 GaN 전력소자의 주요 특성을 소개하고 미국, 유럽, 일본을 중심으로 한 대형 국책 연구 프로젝트 분석을 통한 GaN 전력소자 연구개발 방향 및 GaN 전력소자 시장과 주요 특허 현황을 살펴보았다. 또한 국내의 주요 연구개발 현황과 현재 수행 중이거나 완료된 연구개발 과제를 간략하게 언급하였다. 이러한 연구개발 현황분석을 통하여 GaN 기술의 중요성과 함께 국산화의 시급성을 강조하고자 한다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
• /
• v.14 no.11
• /
• pp.2391-2396
• /
• 2010

The power-controlled six-port element that can control the local oscillator signal power and receiving RF signal power was designed and implemented in this paper. The direct conversion six-port element configuration was proposed, which provides the constant six-port output power by controlling the six-port input power with various signal strength. The direct conversion six-port element protects the power detector element of six-port receiver from the saturation status and compensates the transmission performance degradation. For implementation of power-controlled six-port element, the power-controlled six-port element including the power controller was analyzed. The implemented power-controlled six-port element shows the power control capability of 36 dB and gain imbalance of about 1.6 dB, phase imbalance of about $4^{\circ}$ in the frequency range of 1.69 GHz. The measured results show the good performance as direct conversion front-end element.

• Proceedings of the KIPE Conference
• /
• 1999.07a
• /
• pp.214-217
• /
• 1999

IGBT 소자는 고전류 밀도의 특성을 지니면서 구동전력이 작기 때문에 500V 이상의 고전압 응용에서 널리 이용되고 있다. 본 논문에서는 기존의 IGBT 소자의 구동회로가 갖는 기본기능 이외에 소자에 대한 보호기능과 소자의 동작 상태를 감지하기 위한 모니터링 기능을 갖는 지능형 구동회로에 대해 제안한다. 제안된 회로는 소자에 비정상적인 큰 전류가 흐를 경우 논리회로에 의해 게이트 구동전압을 일정시간 즉시 차단하여 소자를 과전류와 과열로부터 보호하고, 소자의 동작 상태가 정상인지 차단 상태인지 감지할 수 있다. 언급한 기능을 가진 구동회로가 제시되며, 제안된 회로의 동작은 Pspice를 이용한 시뮬레이션 및 실험을 통해 확인된다.

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

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2010.06a
• /
• pp.5-5
• /
• 2010

Gallium Nitride(GaN)는 LED, Laser 등에 사용되는 광학적 특성뿐만 아니라 Wide Bandgap의 전기적 특성 또한 주목받고 있다. 본 논문은 600V급 GaN(Gallium Nitride) Power SIT(Static Induction Transistor)에 대해서 Design Parameter 변환에 따른 전기적 (Breakdown Voltgage, On-state Voltage Drop)특성과 열적 (Lattice Temperature Distribution)특성변화를 분석하여 소자가 갖는 구조적 손실을 최소화하였다. 또한, 기존 실리콘 기반 전력소자와 특성 비교를 통하여 GaN Power SIT의 우수성을 증명하였다. GaN Power SIT 소자 설계 및 최적화를 위해서 Silvaco사의 소자 시뮬레이터인 ATLAS를 사용하였다. 실험 결과 수 ${\mu}m$의 소자 두께만으로도 실리콘 전력소자에 비해 더 뛰어난 열 특성과 더 적은 전력소모를 갖는 600V급 GaN Power SIT 소자를 구현할 수 있었다.