• 전력전자학회논문지
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• 제26권3호
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• pp.214-221
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• 2021

SiC MOSFETs require a faster and more reliable short-circuit protection circuit than conventional methods due to narrow short-circuit withstand times. Therefore, this research proposes a short-circuit protection circuit using a current-sensing circuit based on Rogowski coil. The method of designing the current-sensing circuit, which is a component of the proposed circuit, is presented first. The integrator and input/output filter that compose the current-sensing circuit are designed to have a wide bandwidth for accurately measuring short-circuit currents with high di/dt. The precision of the designed sensing circuit is verified on a double pulse test (DPT). In addition, the sensing accuracy according to the bandwidth of the filters and the number of turns of the Rogowski coil is analyzed. Next, the entire short-circuit protection circuit with the current-sensing circuit is designed in consideration of the fast short-circuit shutdown time. To verify the performance of this circuit, a short-circuit test is conducted for two cases of short-circuit conditions that can occur in the half-bridge structure. Finally, the short-circuit shutdown time is measured to confirm the suitability of the proposed protection circuit for the SiC MOSFET short-circuit protection.

• 전력전자학회논문지
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• 제26권5호
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• pp.376-379
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• 2021

The design and performance of a SiC-MOSFET-based 11-kW bi-directional on-board charger (OBC) for electric vehicles is presented. The OBC consists of a three-phase two-level AC/DC converter and a CLLLC resonant converter. All the power devices are implemented with SiC-MOSFETs to reduce the conduction losses generated in the OBC, and the DC-link voltage is designed to track the level of battery voltage in the forward and reverse powering modes. As a result, the CLLLC resonant converter always runs at the switching frequency near the resonant frequency, resulting in high-efficiency operation at the maximum powering modes. As the DC-link voltage varies according to the battery voltage, the AC/DC converter in the proposed OBC adopts an adaptive DC-link voltage controller. The performance of the proposed 11-kW OBC is verified by a prototype converter with the following specifications: three-phase 60-Hz 380-V input, 11-kW capacity, and battery voltage range of 214-413-V, resulting in the conversion efficiency of over 95.0-% in the forward and reverse powering modes.

• Journal of Power Electronics
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• 제16권1호
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• pp.374-387
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• 2016

This paper derives an improved analytical model to estimate switching loss and analyze the effects of parasitic elements on the switching performance of SiC MOSFETs. The proposed analytical model considers the parasitic inductances, the nonlinearity of the junction capacitances and the nonlinearity of the trans-conductance. The turn-on process and the turn-off process are illustrated in detail, and equivalent circuits are derived and solved for each switching transition. The proposed analytical model is more accurate and matches better with experimental results than other analytical models. Note that switching losses calculated based on experiments are imprecise, because the energy of the junction capacitances is not properly disposed. Finally, the proposed analytical model is utilized to account for the effects of parasitic elements on the switching performance of a SiC MOSFET, and the circuit design rules for high frequency circuits are given.

• 전기전자학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.447-455
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• 2014

본 연구에서는 4H-SiC MOSFET의 주요 문제점인 $SiC/SiO_2$ 계면의 특성을 향상시키기 위해 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 공정을 이용하여 n-based 4H-SiC MOS Capacitor를 제작하였다. 건식 산화 공정의 낮은 성장속도, 높은 계면포획 밀도와 $SiO_2$의 낮은 항복전계 등의 문제를 극복하기 위하여 PECVD와 NO어닐링 공정을 사용하여 MOS Capacitor를 제작하였다. 제작이 끝난 후, MOS Capacitor의 계면특성을 hi-lo C-V 측정, I-V 측정 및 SIMS를 이용해 측정하고 평가하였다. 계면의 특성을 건식 산화의 경우와 비교한 결과 20% 감소한 평탄대 전압 변화, 25% 감소한 $SiO_2$ 유효 전하 밀도, 8MV/cm의 증가한 $SiO_2$ 항복전계 및 1.57eV의 유효 에너지 장벽 높이, 전도대 아래로 0.375~0.495eV만큼 떨어져 있는 에너지 영역에서 69.05% 감소한 계면 포획 농도를 확인함으로써 향상된 계면 및 산화막 특성을 얻을 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제23권10호
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• pp.767-770
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• 2010

In this work, we investigated the static characteristics of 4H-SiC vertical metal-oxidesemiconductor field effect transistors (VMOSFETs) by adjusting the doping level of n-epilayer and the effect of a current spreading layer (CSL), which was inserted below the p-base region with highly doped n+ state ($5{\times}10^{17}cm^{-3}$). The structure of SiC VMOSFET was designed by using a 2-dimensional device simulator (ATLAS, Silvaco Inc.). By varying the n-epilayer doping concentration from $1{\times}10^{16}cm^{-3}$ to $1{\times}10^{17}cm^{-3}$, we investigated the static characteristics of SiC VMOSFETs such as blocking voltages and on-resistances. We found that CSL helps distribute the electron flow more uniformly, minimizing current crowding at the top of the drift region and reducing the drift layer resistance. For that reason, silicon carbide VMOSFET structures of highly intensified blocking voltages with good figures of merit can be achieved by adjusting CSL and doping level of n-epilayer.

• 전기의세계
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• 제66권11호
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• pp.24-27
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• 2017

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권1호
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• pp.63-70
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• 2023

오늘날 심각한 환경 오염과 에너지의 중요성으로 전력 반도체의 중요도가 지속적으로 높아지고 있다. 특히 wide band gap(WBG)소자 중 하나인 SiC-MOSFET은 우수한 고전압 특성을 가지고 있어 그 중요도가 매우 높다. 하지만 SiC-MOSFET의 전기적 특성이 열에 민감하기 때문에 패키지를 통한 열 관리가 필요하다. 본 논문에서는 기존 전력 반도체에서 사용하는 direct bonded copper(DBC) 기판 방식이 아닌 insulated metal substrate(IMS) 방식을 제안한다. IMS는 DBC에 비해 공정이 쉬우며 coefficient of thermal expansion (CTE)가 높아서 비용과 신뢰성 측면에서 우수하다. IMS의 절연층인 dielectric film의 열전도도가 낮은 문제가 있지만 매우 얇은 두께로 공정이 가능하기 때문에 낮은 열 전도도를 충분히 극복할 수 있다. 이를 확인하기 위해서 이번 연구에서는 electric-thermal co-simulation을 수행하였으며 검증을 위해 DBC 기판과 IMS를 제작하여 실험하였다.

• 전기전자학회논문지
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• 제22권4호
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• pp.916-921
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• 2018

본 논문에서는 고전압, 고전류 동작을 위한 전력 MOSFET 소자에 대한 전기적 특성을 시뮬레이션을 통해 분석하였다. 소자의 정적 특성을 향상시키기 위해 기존의 Si대신 4H-SiC를 이용했다. 4H-SiC는 넓은 에너지 밴드 갭에 의한 높은 한계전계를 갖기 때문에 고전압, 고전류 동작에서 Si보다 유리한 특성을 갖는다. 4H-SiC를 사용한 기존 VDMOSFET 구조는 p-base 영역 모서리에 전계가 집중되는 현상으로 인해 항복 전압이 제한된다. 따라서 본 논문에서는 p-base 영역의 모서리에 곡률을 주어 전계의 집중을 완화시켜 항복 전압을 높이고, 정적 특성을 개선한 곡률 VDMOSFET 구조를 제안하였다. TCAD 시뮬레이션을 통해 기존 VDMOSFET과 곡률 VDMOSFET의 정적 특성을 비교, 분석 하였다. 곡률 VDMOSFET은 기존 구조에 비해 온저항의 증가 없이 68.6% 향상 된 항복 전압을 갖는다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2017년도 전력전자학술대회
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• pp.564-576
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• 2017

${\cdot}$ GaN E-HEMT provides superior performance vs. Si MOSFET or IGBT, and also superior performance vs. SiC, below ~1200V ${\cdot}$ GaN E-HEMT is replacing Si MOSFET and IGBT in major application segments, and Industry Adoption will accelerate ${\cdot}$ Technology advances in GaN E-HEMT have made high-current true Normally-Off devices available in current ranges from 7A to 250A ${\cdot}$ While GaN has improved Properties vs. SiC or Si, different types of GaN devices offer different levels of performance or robustness ${\cdot}$ JEDEC Industrial-Grade Qualification of GaN E-HEMTs has been achieved, and Automotive Qualification is in progress.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2004년도 추계학술대회 논문집 Vol.17
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• pp.3-6
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• 2004

반도체 디자인, 공정 기술 및 패기지 기술의 발달에 따라 전력용 반도체는 소형화, 고성능화, 지능화하고 있다. 고속 구동이 용이한 때문에 MOSFET이나 IGBT등의 MOS-gate형 전력 반도체의 발전이 두드려지며, trench, charge balance, NPT 기술등이 패키지 기술과 더불어 이를 위한 주요 기술이 될것으로 보인다. SiC나 GaN등의 Wide Band Gap 물질들을 사용한 차세대 전력 반도체 연구도 활발히 진행되고 있다.