• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2007년도 제38회 하계학술대회
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• pp.1309-1310
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• 2007

본 논문에서는 IGBT 소자 중 온저항을 낮추고 집적성을 향상시키기 위해 고안된 트렌치 게이트 IGBT의 단점인 게이트 코너에서의 전계 집중현상을 완화하기 위해 P+ 베이스 영역에 트렌치 전극을 형성하고, 트렌치 바닥면에 P+ 층을 형성한 새로운 구조를 제안하고 TSUPREM과 MEDICI 시뮬레이션을 사용하여 전기적 특성을 분석하였다. 제안한 구조를 시뮬레이션한 결과 순방향 저지시에 15% 이상의 항복전압 향상을 보였으며, 이 때 온저항 특성과 문턱전압의 변화는 없었다. 전계 분포를 3차원적 시뮬레이션을 통해 트렌치 전극 바닥에 형성된 P+ 층에 의해 전계집중이 분산되는 전계분산 효과에 의해 항복전압을 향상시킴을 확인하였다. 전계분산 효과에 의한 항복전압향상은 트렌치 게이트의 코너와 트렌치 전극의 코너의 깊이가 같을수록 두 코너 사이의 거리가 가까울수록 커짐을 시뮬레이션을 통해 확인하였다. 제안 구조는 공정상 복잡성이 야기되지만 15%이상의 항복전압향상 효과는 소자 특성 개선에서 많은 응용이 기대된다.

• ETRI Journal
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• 제35권4호
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• pp.603-609
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• 2013

In this paper, we present a 600-V reverse conducting insulated gate bipolar transistor (RC-IGBT) for soft and hard switching applications, such as general purpose inverters. The newly developed RC-IGBT uses the deep reactive-ion etching trench technology without the thin wafer process technology. Therefore, a freewheeling diode (FWD) is monolithically integrated in an IGBT chip. The proposed RC-IGBT operates as an IGBT in forward conducting mode and as an FWD in reverse conducting mode. Also, to avoid the destructive failure of the gate oxide under the surge current and abnormal conditions, a protective Zener diode is successfully integrated in the gate electrode without compromising the operation performance of the IGBT.

• 전기전자학회논문지
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• 제12권2호
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• pp.110-117
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• 2008

본 연구는 전력용 스위칭 소자로 널리 활용되고 있는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)소자로서 NPT(Non Punch Through) IGBT 구조에 기반 한 새로운 구조의 IGBT를 제안하였다. 제안된 구조는 기존 IGBT 구조의 P-베이스 영역 우측 부분에 N+를 도입함으로 N-드리프트 영역의 정공분포를 N+영역으로 밀집시켜 턴-오프 시 정공의 흐름을 개선, 기존 구조보다 더 빠른 턴-오프 시간과 더 낮은 순방향 전압강하를 갖는 구조이다. 또한 P+를 게이트 우측 하단에 형성함으로써 순방향 전압 강하 특성을 개선시키기 위해 도입한 캐리어 축적 층인 N+에 의해 발생하는 낮은 래치-업 특성과 낮은 항복 전압 특성을 개선시킨 구조이다. 시뮬레이션 결과 제한된 구조의 턴-오프와 순방향 전압강하는 기존 구조대비 각각 0.3us, 0.5V 향상된 특성을 보였다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제33권2호
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• pp.105-108
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• 2020

In this study, experiments and simulations were conducted for a 1,200-V-class trench Si insulated-gate bipolar transistor (IGBT) with a small cell pitch below 2.5 ㎛. Presently, as a power device, the 1,200-V-class trench Si IGBT is used for automotives including electric vehicles, hybrid electric vehicles, and industrial motors. We obtained a breakdown voltage of 1,440 V, threshold of 6 V, and state voltage drop of 1.75 V. This device is superior to conventional IGBTs featuring a planar gate. To derive its electrical characteristics, we extracted design and process parameters. The cell pitch was 0.95 ㎛ and total wafer thickness was 140 ㎛ with a resistivity of 60 Ω·cm. We will apply these results to achieve fine-pitch gate power devices suitable for electrical automotive industries.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제29권9호
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• pp.523-526
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• 2016

This paper was researched about 1,200 V level floating island IGBT (insulated gate bipolar transistor). Presently, 1,200 V level IGBT is used in Inverter for distributed power generation. We analyzed and compared electrical charateristics of the proposed floating island IGBT and conventional IGBT. For analyzing and comparison, we used T-CAD tool and simulated the electrical charateristics of the devices. And we extracted optimal design and process parameter of the devices. As a result of experiments, we obtained 1,456 V and 1,459 V of breakdown voltages, respectively. And we obatined 4.06 V and 4.09 V of threshold voltages, respectively. On the other hand, on-state voltage drop of floating island IGBT was 3.75 V. but on-state vlotage drop of the conventional IGBT was 4.65 V. Therefore, we almost knew that the proposed floating island IGBT was superior than the conventional IGBT in terms of power dissipation.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.1438-1444
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• 2007

Standard Gate Turn Off (GTO) Thyristor drive technology results in inhomogeneous turn-on and turn-off transients which in turn needs costly dv/dt and di/dt snubber circuits. Added to this GTO is bulky in size, needs external cooling, slower switching time etc. The development of high voltage Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) have given new device advantage in the areas where they compete with conventional GTO technology. Indian Railway has developed first IGBT based traction converter and was commissioned in November 2006. Some of the supremacy of IGBT are smaller in size, no external cooling is required, built in power supply which enhances reliability, lower switching losses which leads to higher efficiency, reduced gate drive, high frequency operation in real time etc. These advantages are highlighted along with IGBT Traction system in operation.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2006년도 하계학술대회 논문집 Vol.7
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• pp.173-174
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• 2006

In this paper we proposed transient model for NPT(Non Punch-Through) IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) with gate resistances. As gate resistance increases, turn-off time increases. But If gate resistance is small, overshoot voltage increase. To analyze the effect of gate resistance, the transient model is made and the experiments are conducted. We used gate resistances of values; 8[$\Omega$], 140[$\Omega$], 810[$\Omega$] for simulations and experiments. We compared theoretical and experimental results and obtained good agreements.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제11권3호
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• pp.592-601
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• 2016

This paper presents the modeling of insulated-gate bipolar transistor (IGBT) in electromagnetic transients program (EMTP) simulation for the reliable calculation of switching and conduction losses. The conventional approach considering the physical property of switching devices requires many attribute parameters and large computation efforts. In contrast, the proposed method uses the curve fitting and interpolation techniques based on typical switching waveforms and a user-defined component with variable resistances to capture the dynamic characteristics of IGBTs. Therefore, the simulation time can be efficiently reduced without losing the accuracy while avoiding the extremely small time step, which is required in simulation by the conventional method. The EMTP based simulation includes turn-on and turn-off transients of IGBT, saturation state, forward voltage of free-wheeling diode, and reverse recovery characteristics, etc. The effectiveness of proposed modeling for the EMTP simulation is verified by the comparison with experimental results obtained from practical implementation in hardware.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제24권1호
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• pp.103-111
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• 2017

본 연구에서는 전동차의 전력 변환 장치로 많이 사용되고 있는 고전압 대전류용(3,300 V/1200 A급) insulated gate bipolar transistor(IGBT) 모듈에 대하여 열 사이클 조건하에서의 열-기계적 응력해석 및 피로수명해석을 수행하였다. 특히 최근 고전압 IGBT용으로 개발되고 있는 구리(copper) 와이어, 리본(ribbon) 와이어를 사용하였을 경우의 응력 및 피로수명을 기존의 알루미늄 와이어와 비교하여 분석하였다. 알루미늄 와이어 보다는 구리 와이어에 응력이 3배 이상 많이 발생하였다. 리본 와이어의 경우 원형 와이어 보다 응력이 더 크게 발생하며, 구리 리본 와이어의 응력이 제일 높았다. 칩과 direct bond copper(DBC)를 접합하고 있는 칩 솔더부의 피로해석을 수행한 결과, 솔더의 크랙은 주로 솔더의 모서리에서 발생하였다. 원형 와이어를 사용할 경우 솔더의 크랙은 약 35,000 사이클에서 발생하기 시작하였으며, 알루미늄 와이어 보다는 구리 와이어에서의 크랙의 발생 면적이 더 컸다. 반면 리본 와이어를 사용하였을 경우 크랙의 면적은 원형 와이어를 사용하였을 경우보다 적음을 알 수 있다. DBC와 베이스 플레이트 사이에 존재하는 솔더의 경우 크랙의 성장 속도는 와이어의 재질이나 형태에 관계없이 비슷하였다. 그러나 칩 솔더에 비하여 크랙의 발생이 일찍 시작하며, 40,000 사이클이 되면 전체 솔더의 반 이상이 파괴됨을 알 수 있었다. 따라서 칩 솔더 보다는 DBC와 베이스 플레이트 사이에 존재하는 솔더의 신뢰성이 더 큰 문제가 될 것으로 판단된다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제25권3호
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• pp.187-192
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• 2012

Development of new efficient, high voltage switching devices with wide safe operating area and low on-state losses has received considerable attention in recent years. One of those structures with a very effective geometrical design is the trench gate Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT).power IGBT devices are optimized for high-voltage low-power design, decided to aim. Class 1,200 V NPT Planer IGBT, 1,200 V NPT Trench IGBT for class has been studied.