반절연 기판위에 제작된 수평형 탄화규소 전력소자

Abstract

에피층(Epitaxial layer)의 성장 없이 on-axis를 가지는 탄화규소 반절연 기판만을 사용한 수평형 탄화규소 전력소자에 관해 연구하였다. 소자의 제작에 앞서 반절연 기판이 이온주입 공정에 미치는 영향을 확인하기 위해 반절연 기판을 사용하여 이온주입 실험을 수행하고 결과를 분석하였다. 또한 현재 상용화되어 있는 반절연 기판 중에서 소자의 제작에 적합한 반절연 기판의 선택을 위해 HPSI (High Purity Semi-Insulating) 및 VDSI (Vanadium Doped Semi-Insulating) 기판을 이용해 에피층 없이 수평형 p-i-n 다이오드를 설계 및 제작하고 전기적 특성을 분석하였다. 상기와 같은 이온주입 실험과 수평형 p-i-n 다이오드 제작 및 분석 결과를 바탕으로 HPSI 기판을 사용하여 반절연 기판만을 사용한 수평형 탄화규소 MOSFET를 설계 및 제작하고 전기적 특성을 분석하였다. 설계 및 제작된 수평형 탄화규소 MOSFET의 경우 반절연 기판만을 사용하였기 때문에 p-base 영역과 n+ drain 영역 사이에 이온주입을 통해 형성되는 CPL (Current Path Layer)을 드리프트(Drift) 영역으로 채용함으로써 기존 MOSFET에서의 드리프트 층을 대체하였다. 제작된 수평형 탄화규소 MOSFET의 경우 on-axis 반절연 기판의 사용과 CPL 영역 변수의 최적화를 통해 p-base에서 n+ drain까지의 거리 LCPL = 20 ㎛인 경우에 1093 V의 항복전압과 89.8 mΩ·㎠의 온-저항(Specific on-resistance)를 나타내었다. 또한 실험을 통해 추출된 채널 이동도(Effective channel mobility)의 경우도 이동도 향상을 위한 특별한 기법의 적용이 없이 21.7 ㎠/V·s를 나타내었다. 일반적으로 전력용 반도체 소자의 성능 지표로 많이 사용되는 FoM (Figure-of-Merit, BV2/RON,SP)의 경우도 13.3 ㎿/㎠로 비교적 높은 값을 나타내었다.