• 전기전자학회논문지
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• 제24권2호
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• pp.619-625
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• 2020

본 논문에서는 Trench를 이용하여 기존 C-DMOSFET(Conventional DMOSFET)과 S-DMOSFET(Shielded DMOSFET) 구조보다 더 깊은 영역에 P+ shielding을 형성한 TS-DMOSFET(Trench Shielded DMOSFET) 구조를 제안하였으며 TCAD 시뮬레이션을 통해 C- 및 S-DMOSFET 구조와 전기적 특성을 비교하였다. 제안한 구조는 Source에 Trench를 형성한 후 도핑을 진행하므로 SiC 물질 특성과 관계없이 깊은 영역에 P+ shielding을 형성할 수 있다. 이로 인해 P-base에 인가되는 전압이 감소하여 리치스루 효과가 완화되었다. 그 결과 세 구조 모두 3.3kV의 항복 전압을 가질 때 제안한 구조의 온저항은 9.7mΩ㎠으로 C-DMOSFET과 S-DMOSFET의 온저항인 30.5mΩ㎠, 19.3mΩ㎠ 대비 각각 68%, 54% 개선된 온저항을 갖는다.

• 전기전자학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.180-184
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• 2018

산화갈륨 ($Ga_2O_3$)과 탄화규소 (SiC)는 넓은 밴드 갭 ($Ga_2O_3-4.8{\sim}4.9eV$, SiC-3.3 eV)과 높은 임계전압을 갖는 물질로서 높은 항복 전압을 허용한다. 수직 DMOSFET 수평구조에 비해 높은 항복전압 특성을 갖기 때문에 고전압 전력소자에 많이 적용되는 구조이다. 본 연구에서는 2차원 소자 시뮬레이션 (2D-Simulation)을 사용하여 $Ga_2O_3$와 4H-SiC 수직 DMOSFET의 구조를 설계하였으며, 항복전압과 저항이 갖는 trade-off에 관한 파라미터를 분석하여 최적화 설계하였다. 그 결과, 제안된 4H-SiC와 $Ga_2O_3$ 수직 DMOSFET구조는 각각 ~1380 V 및 ~1420 V의 항복 전압을 가지며, 낮은 게이트 전압에서의 $Ga_2O_3-DMOSFET$이 보다 낮은 온-저항을 갖고 있지만, 게이트 전압이 높으면 4H-SiC-DMOSFET가 보다 낮은 온-저항을 갖을 수 있음을 확인하였다. 따라서 적절한 구조와 gate 전압 rating에 따라 소자 구조 및 gate dielectric등에 대한 심화 연구가 요구될 것으로 판단된다.

• 전기전자학회논문지
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• 제23권3호
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• pp.832-838
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• 2019

본 논문에서는 차세대 전력 반도체 소자인 4H-SiC MOSFET에 대해 연구하였다. 특히 3300V급에서 기존의 DMOSFET 구조보다 개선된 전기적 특성을 갖는 Semi-SuperJunction MOSFET 구조를 제안하였으며, TCAD 시뮬레이션을 통해 기존의 MOSFET과 전기적 특성을 비교 분석하였다. Semi-SJ MOSFET 구조는 부분적으로 SJ를 도입한 구조로, 2차원의 공핍 효과를 통해 전계 분포가 개선되며, 항복 전압이 증가한다. 항복 전압의 개선을 통해 얻은 이득으로, 높은 농도의 도핑이 가능하기 때문에 온 저항을 개선시킬 수 있다. 제안한 Semi-SJ MOSFET 구조는 DMOSFET보다 항복 전압이 8% 감소하지만, 온 저항이 80% 감소한다. 또한 DMOSFET 구조를 개선한 Current Spreading Layer(CSL)구조에 비해서도 온 저항이 44% 감소한다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.63-63
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• 2009

In this work, we demonstrate 800V 4H-SiC power DMOSFETs with several structural alterations to observe static DC characteristics, such as a threshold voltage ($V_{TH}$) and a figure of merit ($V_B^2/R_{SP,ON}$). To optimize the static DC characteristics, we consider four design parameters; (a) the doping concentration ($N_{CSL}$) of current spreading layer (CSL) beneath the p-base region, (b) the thickness of p-base ($t_{BASE}$), (c) the doping concentration ($N_J$) and width ($W_J$) of a JFET region, (d) the doping concentration ($N_{EPI}$) and thickness ($t_{EPI}$) of epi-layer. Design parameters are optimized using 2D numerical simulations and the 4H-SiC DMOSFET structure results in high figure of merit ($V_B^2/R_{SP,ON}$>~$340MW/cm^2$) for a power MOSFET in $V_B{\sim}1200V$ range.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제22권8호
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• pp.637-640
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• 2009

In this work, we demonstrate 800 V 4H-SiC power DMOSFETs with several structural alterations to obtain a low threshold voltage ($V_{TH}$) and a high figure of merit ($V_B\;^2/R_{SP,ON}$), To optimize the device performance, we consider four design parameters; (a) the doping concentration ($N_{CSL}$) of current spreading layer (CSL) beneath the p-base region, (b) the thickness of p-base ($t_{BASE}$), (c) the doping concentration ($N_J$) and width ($W_J$) of a JFET region, (d) the doping concentration ($N_{EPI}$) and thickness ($t_{EPI}$) of epi-layer. These parameters are optimized using 2D numerical simulation and the 4H-SiC DMOSFET structure results in a threshold voltage ($V_{TH}$) below $^{\sim}$3.8 V, and high figure of merit ($V_B\;^2/R_{SP,ON}$>$^{\sim}$200 $MW/cm^2$) for a power MOSFET in $V_B\;^{\sim}$800 V range.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제16권10호
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• pp.853-858
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• 2003

In this study, a new simplified technology for fabricating high density trench gate DMOSFETs using only three mask layers and TEOS/nitride spacer is proposed. Due to the reduced masking steps and self-aligned process, this technique can afford to fabricate DMOSFETs with high cell density up to 100 Mcell/inch$^2$ and cost-effective production. The resulting unit cell pitch was 2.3∼2.4${\mu}$m. The fabricated device exhibited a excellent specific on-resistance characteristic of 0.36m$\Omega$. cm$^2$ with a breakdown voltage of 42V. Moreover, time to breakdown of gate oxide was remarkably increased by the hydrogen annealing after trench etching.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.35-36
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• 2009

In this work, we demonstrate 800V 4H-SiC power DMOSFETs with several structural alterations to obtain a low threshold voltage ($V_{TH}$) and a high figure of merit ($V_B^2/R_{SP,ON}$). To optimize the device performance, we consider four design parameters; (a) the doping concentration ($N_{CSL}$) of current spreading layer (CSL) beneath the p-base region, (b) the thickness of p-base ($t_{BASE}$), (c) the doping concentration ($N_J$) and width ($W_J$) of a JFET region, (d) the doping concentration ($N_{EPI}$) and thickness ($t_{EPI}$) of epi-layer. These parameters are optimized using 2D numerical simulation and the 4H-SiC DMOSFET structure results in a threshold voltage ($V_{TH}$) below ~3.8V, and high figure of merit ($V_B^2/R_{SP,ON}$>${\sim}200MW/cm^2$) for a power MOSFET in $V_B$-800V range.

• 한국진공학회지
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• 제11권4호
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• pp.212-217
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• 2002

고신뢰성 트렌치 게이트 MOSFET을 제작하기 위해 트렌치 코너를 pull-back 공정과 수소 열처리 공정을 이용하여 트렌치 코너를 둥글게 만드는 기술을 개발하였고 이를 이용하여 균일한 트렌치 게이트 산화막을 성장시킬수 있었다. 그 결과 수소 열처리 하기 전에 항복전압이 29 V인 것이 수소 열처리한 후 약 36 V로 증가하여 항복 전압에서 약 25% 향상되었다. 그리고 트렌치 게이트를 이용한 MOSFET에서 트렌치 셀이 약 45,000개 일때 게이트와 소스에 10 V를 인가했을 때, 드레인 전류는 약 45.3 A를 얻었고, 게이트 전압의 10 V, 전류를 5 A를 인가한 상태에서 On-저항은 약 55 m$\Omega$ 얻었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.37-38
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• 2009

SiC power device possesses attractive features, such as high breakdown voltage, high-speed switching capability, and high temperature operation. In general, device design has a significant effect on the switching characteristics. It is known that in SiC power MOSFET, the JFET region width is one of the most important parameters. In this paper, we demonstrated that the switching performance of DMOSFET is dependent on the with width of the JFET region by using 2-D Mixed-mode simulations. The 4H-SiC DMOSFETs with a JFET region designed to block 800 V were optimized for minimum loss by adjusting the parameters of the n JFET region, CSL, and n-drift layer. It has been found that the JFET region reduces specific on-resistance and therefore the switching characteristics depend on the JFET region.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제17권7호
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• pp.713-717
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• 2004

In this study, the etched trench properties including cross-sectional profile, surface roughness, and crystalline defects were investigated depending on the various silicon etching and additive gases, For the case of HBr$He-O_2SiF_4$ trench etching gas mixtures, the excellent trench profile and minimum defects in the silicon trench were achieved. Due to the residual oxide film grown by the additive oxygen gas, which acts as a protective layer during trench etching, the undercut and defects generation in the trench were suppressed. To improve the electrical characteristics of trench gate, the hydrogen annealing process after trench etching was also adopted. Through the hydrogen annealing, the trench corners might be rounded by the silicon atomic migration at the trench corners having high potential. The rounded trench corner can afford to reduce the gate electric field and grow a uniform gate oxide. As a result, dielectric strength and TDDB characteristics of the hydrogen annealed trench gate oxide were remarkably increased compared to the non-hydrogen annealed one.