Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.14
no.6
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pp.1460-1464
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2010
In the paper, the breakdown voltage of Trench D-MOSFET have been analyzed by using MircoTec. The technology for characteristic analysis of device for high integration is changing rapidly. Therefore to understand characteristics of high-integrated device by computer simulation and fabricate the device having such characteristics became one of very important subjects. A Trench MOSFET is the most preferred power device for high voltage power applications. The oxide thickness and doping concentration in Trench MOSFET determines breakdown voltage and extensively influences on high voltage. We have investigated the breakdown voltage characteristics according to variation of doping concentration from $10^{15}cm^{-3}$ to $10^{17}cm^{-3}$ in this study. We have also investigated the breakdown voltage characteristics according to variation of oxide thickness and junction depth.
Power metal-oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) devices are widely used in power electronics applications, such as brushless direct current motors and power modules. For a conventional power MOSFET device such as trench double-diffused MOSFET (TDMOS), there is a tradeoff relationship between specific on-state resistance and breakdown voltage. To overcome the tradeoff relationship, a super-junction (SJ) trench MOSFET (TMOSFET) structure is studied and designed in this letter. The processing conditions are proposed, and studies on the unit cell are performed for optimal design. The structure modeling and the characteristic analyses for doping density, potential distribution, electric field, width, and depth of trench in an SJ TMOSFET are performed and simulated by using of the SILVACO TCAD 2D device simulator, Atlas. As a result, the specific on-state resistance of 1.2 $m{\Omega}-cm^2$ at the class of 100 V and 100 A is successfully optimized in the SJ TMOSFET, which has the better performance than TDMOS in design parameters.
For the conventional power MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor) device structure, there exists a tradeoff relationship between specific on-state resistance (Ron,sp) and breakdown voltage (BV). In order to overcome this tradeoff, a super-junction (SJ) trench MOSFET (TMOSFET) structure with uniform or non-uniform doping concentration, which decreases linearly in the vertical direction from the N drift region at the bottom to the channel at the top, for an optimal design is suggested in this paper. The on-state resistance of $0.96m{\Omega}-cm2$ at the SJ TMOSFET is much less than that at the conventional power MOSFET under the same breakdown voltage of 100V. A design methodology for the edge termination is proposed to achieve the same breakdown voltage and on-state resistance as the main body of the super-junction TMOSFET by using of the SILVACO TCAD 2D device simulator, Atlas.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.50
no.7
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pp.109-114
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2013
Power MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor) are widely used in power electronics applications, such as BLDC (Brushless Direct Current) motor and power module, etc. For the conventional power MOSFET device structure, there exists a tradeoff relationship between specific on-state resistance and breakdown voltage. In order to overcome the tradeoff relationship, a non-uniform super-junction (SJ) trench MOSFET (TMOSFET) structure for an optimal design is proposed in this paper. It is required that the specific on-resistance of non-uniform SJ TMOSFET is less than that of uniform SJ TMOSFET under the same breakdown voltage. The idea with a linearly graded doping profile is proposed to achieve a much better electric field distribution in the drift region. The structure modelling of a unit cell, the characteristic analyses for doping density, and potential distribution are simulated by using of the SILVACO TCAD 2D device simulator, Atlas. As a result, the non-uniform SJ TMOSFET shows the better performance than the uniform SJ TMOSFET in the specific on-resistance at the class of 100V.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.40
no.9
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pp.638-643
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2003
Channel width dependence of hot-carrier effect in nMOSFET with shallow trench isolation is analyzed. $I_{sub}$- $V_{G}$ and $\Delta$$I_{ㅇ}$ measurement data show that MOSFETs with narrow channel-width are more susceptible to the hot-carrier degradation than MOSFETs with wide channel-width. By analysing $I_{sub}$/ $I_{D}$, linear $I_{D}$- $V_{G}$ characteristics, thicker oxide-thickness at the STI edge is identified as the reason for the channel-width dependent hot-carrier degradation. Using the charge-pumping method, $N_{it}$ generation due to the drain avalanche hot-carrier (DAHC) and channel hot-electron (CHE) stress are compared. are compared.
For the conventional power metal-oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) device structure, there exists a tradeoff relationship between specific on-resistance ($R_{ON.SP}$) and breakdown voltage ($V_{BR}$). In order to overcome the tradeoff relationship, a uniform super-junction (SJ) trench metal-oxide semiconductor field-effect transistor (TMOSFET) structure is studied and designed. The structure modeling considering doping concentrations is performed, and the distributions at breakdown voltages and the electric fields in a SJ TMOSFET are analyzed. The simulations are successfully optimized by the using of the SILVACO TCAD 2D device simulator, Atlas. In this paper, the specific on-resistance of the SJ TMOSFET is successfully obtained 0.96 $m{\Omega}{\cdot}cm^2$, which is of lesser value than the required one of 1.2 $m{\Omega}{\cdot}cm^2$ at the class of 100 V and 100 A for BLDC motor.
Na, Kyoung Il;Won, Jongil;Koo, Jin-Gun;Kim, Sang Gi;Kim, Jongdae;Yang, Yil Suk;Lee, Jin Ho
ETRI Journal
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v.35
no.3
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pp.425-430
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2013
In this paper, we propose a triple-gate trench power MOSFET (TGRMOS) that is made through a modified RESURF stepped oxide (RSO) process, that is, the nitride_RSO process. The electrical characteristics of TGRMOSs, such as the blocking voltage ($BV_{DS}$) and on-state current ($I_{D,MAX}$), are strongly dependent on the gate configuration and its bias condition. In the nitride_RSO process, the thick single insulation layer ($SiO_2$) of a conventional RSO power MOSFET is changed to a multilayered insulator ($SiO_2/SiN_x/TEOS$). The inserted $SiN_x$ layer can create the selective etching of the TEOS layer between the gate oxide and poly-Si layers. After additional oxidation and the poly-Si filling processes, the gates are automatically separated into three parts. Moreover, to confirm the variation in the electrical properties of TGRMOSs, such as $BV_{DS}$ and $I_{D,MAX}$, simulation studies are performed on the function of the gate configurations and their bias conditions. $BV_{DS}$ and $I_{D,MAX}$ are controlled from 87 V to 152 V and from 0.14 mA to 0.24 mA at a 15-V gate voltage. This $I_{D,MAX}$ variation indicates the specific on-resistance modulation.
It is important to operate the driving circuit under the optimal condition through precisely sensing the power consumption causing the temperature made mainly by the MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor) when a BLDC (Brushless Direct Current) motor operates. In this letter, a Super-junction (SJ) power TMOSFET (trench metal-oxide semiconductor field-effect transistor) with an ultra-low specific on-resistance of $0.96m{\Omega}{\cdot}cm^2$ under the same break down voltage of 100 V is designed by using of the SILVACO TCAD 2D device simulator, Atlas, while the specific on-resistance of the traditional power MOSFET has tens of $m{\Omega}{\cdot}cm^2$, which makes the higher power consumption. The SPICE simulation for measuring the power distribution of 25 cells for a chip is carried out, in which a unit cell is a SJ Power TMOSFET with resistor arrays. In addition, the power consumption for each unit cell of SJ Power TMOSFET, considering the number, pattern and position of bonding, is computed and the power distribution for an ANSYS model is obtained, and the SJ Power TMOSFET is designed to make the power of the chip distributed uniformly to guarantee it's reliability.
본 논문에서는 기존의 250V급 트렌치 전극형 파워 MOSFET을 구조적으로 개선하여, 600V 이상의 순방향 항복 전압을 갖는 파워 MOSFET을 설계 하였다. 본 논문에서 제안한 구조로 기존의 250V급 트렌치 전극형 파워 MOSFET에 비하여 더욱 높은 순방향 항복 전압을 얻었다. 또한, 기존의 LDMOS 구조로 500V 이상의 항복 전압을 얻기 위해서 $100{\mu}m$ 이상의 크기를 필요로 했던 반면에, 본 논문에서 제안한 소자의 크기(vertical 크기)는 $50{\mu}m$로서, 소자의 소형화 및 고효율화 측면에서 더욱 우수한 특성을 얻었다. 본 논문은 2-D 공정시뮬레이터 및 소자 시뮬레이터를 바탕으로, 트렌치 옥사이드의 두께 및 폭, 에피층의 두께 변화 등의 설계변수와 이온주입 도즈 및 열처리 시간에 따른 공정변수에 대한 시뮬레이션을 수행하여, 본 논문에서 제안한 구조가 타당함을 입증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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