본 연구에서는 인쇄회로기판(PCB)용 재료로 널리 사용되는 고분자에 대해서 와이블 분포 방정식의 시뮬레이션을 수행하여 절연 신뢰도 특성 데이터를 분석하였다. 와이블 분포에 대한 분석 시뮬레이션을 통하여 일반적으로 허용 절연 파괴 확률을 0.1[%] 이하라고 설정하였을 때, 첨가제 배합비를 5종으로 구분한 각 시편에 대해서 인가 전계의 허용치를 각각 계산할 수 있었다.
본 논문은 $SF_6$ 가스졀연차단기를 대체할 고체절연차단기(Solid Insulated Switchgear:SIS)의 기계적 신뢰성 평가에 대한 연구 결과이다. 최근 제정된 "25.8kV 가스 및 고체절연 친환경 개폐장치" 한전 구매규격에는 "Epoxy 고체절연물에 대한 기계적 신뢰성(수명)이 25년 이상"임을 보증할 수 있는 신뢰성 데이터를 제출해야 한다는 조항이 포함되어있다. 이에 개발된 고제절연차단기의 Epoxy 고체절연물에 대한 기계적 신뢰성(수명)이 25년 이상임을 보증할 수 있는 신뢰성 시험과 분석 기법에 대한 연구가 진행되었다.
최근 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 신뢰성(reliability) 평가에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 신뢰성 평가하는 한 방법으로 게이트에 바이어스를 지속적으로 인가하여 소자의 문턱 전압의 변화를 통해 안정성(stability)를 확인한다. 전압을 지속적으로 인가하게 되면 소자를 열화시켜 전기적 특성이 약화된다. 본 연구에선 ITZO 박막 트랜지스터의 신뢰성 평가를 위해 게이트 절연막($SiO_2$, $SiN_x$)에 따른 ITZO 소자를 제작 및 게이트 바이어스 스트레스 후 전기적 특성을 비교, 분석하였다. 제작된 소자의 게이트에 전압을 +15V로 7200초 동안 인가하였다. 스트레스 후 게이트 절연막이 $SiO_2$, $SiN_x$인 ITZO 산화물 박막 트랜지스터 모두 positive 방향으로 이동하였고, 그 결과 문턱 전압, 이동도, 아문턱 기울기의 변화가 발생하였다. $SiO_2$의 경우 아문턱 기울기의 변화가 거의 없이 문턱 전압의 변화만을 보였고, 이는 단순히 ITZO층과 게이트 절연막 계면에 전자가 포획되거나 혹은 게이트 절연막 내에 전자가 주입이 되었기 때문이다. 반면에 $SiN_x$의 경우 ITZO층과 게이트 절연막 계면에 추가적인 결함(defect)이 생성되었기 때문에 $SiO_2$보다 더 많은 전자를 포획하여 아문턱 기울기와 문턱 전압의 변화가 컸다.
산업설비의 증대와 정밀기기 사용이 증대함에 따라 신뢰성 있고 안정된 전력 공급의 필요성이 점차로 증대함에 따라 전력 공급원인 발전기의 신뢰성 있고 경제적인 유지 보수가 필요하게 되었다. 이를 위해 여러 방법에 의해 절연 진단을 하고 있으나 적용범위에 따라 장점과 단점이 있다. 따라서 각 진단방법의 장단점을 상호 보완한 종합적인 진단 방법의 연구 개발이 앞으로 추진하여야 할 과제이다. 또한 계측기술의 진보와 Computer기술의 진보로 측정 정밀도의 향상이 가능하게 되었다. 이러한 기술의 진보는 Computer에 의한 고신뢰도 자동 측정기술의 개발과 절연 열화 진단 전문가 시스템의 개발이 가능하게 될 것이다.
최근 기기절연에 부과되는 제요구가 많아지고 특히 전계강도의 증대, 사용환경의 다양화, 장기수명의 보증및 신뢰성 확립등의 견지에서 볼때 고분자의 절연에 많은 문제점이 제기되어 있으며, 이를 해결하기 위하여 물성론적 입장에서의 구명이 요망되어져 있는 실정이라 하겠다. 이러한 취지에서 고분자절연재료의 절연파괴를 고찰하기 위하여 역사적 배경으로부터 절연파괴기구에 대하여 간단히 기술하고저 한다.
반도체 집적 공정의 발달로 차세대 소자용으로 30 A 이하의 극 박막 Si02 절연막이 요구되고 있으며, 현재 제품으로 50-70 A 두께의 절연막을 사용한 것이 발표되고 있다. 절연막의 두께가 앓아질수록 많은 문제가 발생할 수 있는데 그 예로 절연막의 breakdo때둥에 의한 신뢰성 특성의 악화, 절연막올 통한 direct tunneling leakage current, boron풍의 dopant 침투로 인한 소자 특성 ( (Threshold Voltage)의 불안, 전기적 stress하에서의 leakage current증가와 c charge-trap 및 피terface s쩌.te의 생성으로 인한 소자 특성의 변화 둥으로 요약 된다. 절연막의 특성올 개선하기 위해 여러 가지 새로운 공정들이 제안되었다. 그 예로, Nitrogen올 Si/Si02 계면에 doping하여 절연막의 특성을 개선하는 방법 으로 고온 열처 리 를 NH3, N20, NO 분위 기 에서 실시 하거 나, polysilicon 또는 s silicon 기판에 nitrogen올 이온 주입하여 열처리 하는 방법, 그리고 Plasma분 위기에서 Nitrogen 함유 Gas를 이용하여 nitrogen을 doping시키는 방법 둥이 연구되고 있다. 또한 Oxide cleaning 후 상온에서 성장되는 oxide를 최소화 하여 절연막의 특성올 개선하기 위하여 LOAD-LOCK을 이용하는 방법, C뼈피ng 공정의 개선올 통한 contamination 감소와 silicon surface roughness 감소 로 oxide 신뢰성올 개선하는 방법 둥이 있다. 구조적 인 측면 에 서 는 Polysilicon 의 g없n size 를 최 적 화하여 OxideIPolysilicon 의 계면 특성올 개선하는 연구와 Isolation및 Gate ETCH공정이 절연막의 특성에 미 치 는 영 향도 많이 연구되 고 있다 .. Plasma damage 가 Oxide 에 미 치 는 효과 를 제어하는 방법과 Deuterium열처리 퉁올 이용하여 Hot electron Stress하에서 의 MOS 소자의 Si/Si02 계면의 신뢰성을 개선하고 있다. 또한 극 박막 전연막의 신뢰성 특성올 통계적 분석올 통하여 사용 가능한 수명 올 예 측 하는 방법 과 Direct Tunneling Leakage current 를 고려 한 허 용 가농 한 동작 전 압 예측 및 Stress Induced Leakage Current 둥에 관해서 도 최 근 활발 한 연구가 진행되고 있다.
반도체 소자가 계속 축소되어 ULSI 시대를 맞이함에 따라 얇은 절연막의 필요성이 대두되었고, 따라서 고신뢰도를 갖는 절연박막 개발과 그 절연막에 대한 평가 기술개발에 많은 관심이 집중되었다. 본고에서는 최근 연구되고 있는 절연박막의 종류와 그 특성, 절연막 평가 방법에 대해 고찰하였다.
가스절연변압기(GITr)는 우수한 절연내력과 높은 신뢰성을 장점으로 가지고 있지만, 제작과 운전 단계에서 절연 결함이 발생할 수 있고 이러한 결함들은 가스절연변압기 사고의 원인이 될 수 있다. 따라서 결함에 대한 상시 진단 및 원인 분석이 반드시 선행되어야 하며 이와 같은 진단 분석 기법의 하나로 내부 절연결함의 위치 판별에 대한 연구의 필요성이 절실히 요구되고 있다. 따라서 본 논문에서는 일반적으로 부분 방전의 위치 판별을 위한 time delay 측정법 중 하나인 Cross-correlation 방법과 함께 제안한 Threshold-Initial peak detection 방법을 적용하여 위치 데이터를 취득하고 신뢰구간 이내의 데이터만 사용하여 부분 방전 위치 판별 한 결과, 더욱 정확한 위치 판별이 가능하였다.
일반적으로 변압기절연에서는 기름 gap이 파괴하면 유침지의 손상이나 절연전체의 내전압저하에 크게 영향을 미치기 때문에 우선 기름 gap 단독의 파괴특성에 대해서 논하기로한다. 다음에 복합절연의 특성으로서 유침지에 의한 분할효과와 barrier효과등에 관해 소개코저 한다. 특히 후자의 경우는 만일 부분파괴가 발생하여도 전로파괴에 이르지 않게 하기위한 신뢰성향상면에서도 대단히 중요하다. 마지막으로 절연유의 열화방책에 대해서도 간략히게 해설하겠다.
본고에서는 주로 계통절연이 받는 스트레스의 해석방법과 그 결과에 대하여 기술하고 절연강도에 대한 부분은 외국의 실험결과를 이용하였으나 우리 나라에서도 공기절연에 대한 실증시험을 지지물 발주이전에 완료하여 우리고유의 철탑모델에 대한 절연 신뢰도를 확인할 계획으로 연구를 추진중에 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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