Semiconductor Device Laboratory 지도 교수 : 김광수 E-mail: [email protected]@sogang.ac.kr Homepage: Office: CY413, Lab.: CY401

Semiconductor Device Laboratory

지도 교수 : 김광수E-mail: [email protected]

Homepage: http://device.sogang.ac.kr Office: CY413, Lab.: CY401

mailto:[email protected]

Semiconductor Device LAB., Sogang Univ. 2

Contents

구성원 소개I.

연구분야II.

연구 수행 과제III.

석 / 박사 신청 및 장학금 지원IV.

졸업 후 진로 V.


I. 구성원 소개 - 교수

BS/MS/PhD in EE at Sogang University

• BS : 1977-1981• MS : 1981-1983 (Thrust area: Semiconductor Process) MS thesis: A Study on the Anomalous Diffusion of Impurities in Silicon• PhD : 1988-1992 (Thrust area: Semiconductor device) PhD thesis: A Study on the Design & Fabrication of Polysilicon Self-

Aligned BiCMOS Device (Advisor: Dr. Chul Ahn)

Principal Research Engineer at ETRI (1983. 2 – 1998. 12)• R&D for semiconductor devices - CMOS, BiCMOS & Analog CMOS devices

Principal Research Engineer at IITA (1999. 1 – 2005. 4) • R&D Planning & Management of IT technology

Principal Research Engineer at DGIST (2005. 4 – 2008. 5)• R&D for IT converging technology – Intelligent Vehicle

Associate Professor at Sogang University (2008. 9 – present)• R&D for Convergence Technology – Analog IC for TPMS etc.


I. 구성원 소개 - 학생• 조 두형 (Doohyung Cho)

• M.S. candidate• [email protected]• Power MOSFET Device for Medium Voltage Applica-

tion • CY 401

• 김 병수 (Byungsoo Kim)

• M.S. candidate• [email protected]• IGBT Device for High Voltage Application • CY 401

• 최 홍일 (Hongil Choi)

• Undergraduate Researcher• [email protected]• SiC Power Device & Process• CY 401





1. Power Device Power MOSFET IGBT Silicon Carbide

2. Analog CMOS Devices

II. 연구분야


전력 반도체 (Power Device) 란 ?

1. Power Device

전력 반도체 (Power Device) 란 ?

전력 장치용 반도체 소자로 전력 변환이나 제어용으로 최적화되어 있는 전력 전자공학 (Power Electronics) 의 핵심 소자

각종 전자기기로 들어오는 전력을 해당 전자기기에 맞게 변경하는 기능 필요한 전력을 정확하게 안정적으로 공급 하는 기능 수행


General Purpose

Memory Dynamic RAM(DRAM)

Static RAM(SRAM)

PSRAM

Non-Volatile Memory

Flash Memory Nor Flash

Nand Flash

ROM(EPROM, EEP-ROM, Mask ROM)

Others

Microcomponent Microprocessor, Microcontroller, Digital Signal Pro-cessor

Logic FPGA/PLD, Stand Logoc, LCD Driver, Others

Analog IC Voltage Regulator/Reference, Ampifier/Comparator, Data Converter/Switch/Multiplexer, Interface, Oth-ers

Discrete Transistor Power Transis-tor

Bipolar

IGBT

Power MOSFET

Others

Diode

Thyristor

Others

Optical Semicon-ductor

Image Sensor(CCD, CMOS), LED Lamp/Display Cou-pler, Others

Sensor Pressure/Temperature/Accel/Magnetic field sen-sors, Others

Application Specific Device

ASIC, ASSP

반도체 시장 내 전력반도체 소자 시장영역

구분 기능 특징• 용도 성장성

Diode

( 정전압 Diode,

SBD, FRD 등 )

정류 기능을 통해 교류를

직류로 변환자동차 , AV 기기 Δ

Transistor증폭 기능 / 스위칭 기능

산업기기 ,

가전기기 , 자동차○

BPTR

온 저항은 작지만 ,

스위칭 속도가 늦음 /

고소비 전력 / 미세화 곤란

MOSFET, IGBT

로

대체되는 추이

Ⅹ

MOSFET

빠른 스위칭 속도 / 저소비

전력 / 미세화 용이 /

고주파수에 적합하나 온

저항이 큼

박형 TV, 모터 구

동 , 전원의

고효율화로 용도

확대중

○

IGBT

BPTR 보다 스위칭 속도가

빠름 .

저소비 전력 / 미세화 용이 /

고주파수에 적합하고 MOS-

FET 보다 온 저항이 작음

백색가전의 인버

터 , 하이브리드카

용도 등에서 고성장

전망

◎

Thyristor

(SCR, Triac, GTO

등 )

특수 정류 작용

용접기 , 직류 송전 ,

가전제품Δ주요 전력반도체 소자의 기능 및 특징 용도

1. Power Device


2015 년 시장 규모는 226 억 달러를 넘어설 전망

성장 잠재력이 가장 높은 것으로 예상되는IGBT 와 함께 MOSFET 이 시장성장을 주도할 전망

바이폴라 트랜지스터는 이들 제품에 서서히 점유율이 잠식되고 있어 향후 횡보 추이를 보일 것으로 예상 (Nomura)

전력 반도체 소자 시장 추이 및 전망 IGBT, MOSFET 소자의 시장 동인

구분 IGBT MOSFET

전망 성장률이 가장 높을 것으로 예상 2010 년 27 억 달러로 전년 ( 약

18 억 달러 ) 대비 51% 증가 , 2013 년 약 41 억 달러에 이를 전망

2013 년까지 CAGR 22.6% 예상

2009 년 약 41 억 달러에서 2013년 73 억 달러로 확대될 전망

2013 년까지 CAGR 15.5% 예상

성장 동인

단기적으로 FA 기기의 급격한 수요 회복을 배경으로 한 산업 기기용 수요 확대

2009 년 봄부터 중국을 중심 인버터 에어콘 수요의 급격한 확대

향후 EV, 태양광 등의 신분야가 수요 견인 예상

고내압화 등의 영향으로 채택 분야가 확대되는 추세

이 외에 노트북 PC, LCD TV 등의 보급 확대 영향으로 수요 확대

1. Power Device


1. Power Device


New BCD power device & process which

is one of best technology for PMIC and automotive IC, etc as follows.

• New MOSFET structure• Super junction technology

1. Power Device – Power MOS-FET


Development of novel MOSFET structure with high voltage & low on-

resistance characteristics VDMOSFET, TDMOSFET, Super MOSFET

TDMOS Structure

High cell density Low RON

No JFET resistance

VDMOS Structure

Low cell density High RON

JFET resistance

Super MOS Structure

High Current & High Voltage Very Low RON

No JFET resistance

VDMOS TDMOS Super Junction DMOS

Epi resistance High Medium Very Low

Breakdown Medium Low High

JFET resistance High Low Low

Parasitic capacitor Low Medium Medium



• Easy process and field control • Many process steps• Higher cost• N-epi control (, T), out diffusion control, align etc.

Deep Trench Tech-nology

Multi Ion-Implantation

Multi Epi Technol-ogy

• Easy to scale down• Few process steps and lower cost• Hard process and field control• Deep trench fill uniformity • Deep trench uniformity

• Easy process and field control• High energy implantation • Limit to low voltage• Ion implantation control and out diffusion control

Study on the super junction technology for very high breakdown voltage & low on-resistance

- Multi epi, deep trench, multi Ion-Implantation technologies - Optimization of epi-area



p-wellp-well

emitterbasesource gate

source gate draindrainsource gate

p-wellcollector

p+ n+ n+p+ p+ p+

n-welldeep n-well

Zener Diode High Voltage PMOS

Low Voltage PMOS SJ-TDMOS

High Voltage NMOS

Low Voltage NMOS

Logic DEVICES POWER TRANSISTOR

base

p-body

n-driftP-B/L

P- sub-strate

N+ B/L

n-epi

n+p+ p+p+ p+n+

drain

P B/L

Study on BCD integration technology of logic & power device for high compatibility Integration of super junction & vertical power device with logic device using BCD Technology.- Deep trench etch, void free trench filling technology (Step Coverage > 90%)

<Cross-section of one-chip Integration>



BJT

Low on-resistance High blocking voltage

MOSFET

Fast Switching Low power consumption High on-resistance

IGBT

low on-state voltage drop superior on-state current

density Low driving power easy control in high voltage Wide SOA

<Structure of Insulated Gate Bipolar Transistor> <System requirement of Power semiconductor Devices >

1. Power Device – IGBT


<Impact of trench gate technology on IGBT conduction loss re-duction.>

Trench technology reduces channel resistance and increase stored carrier in upper side of N-base.



PT NPT Thin wafer-PT

N-base lengthShort Long Short

P-emitter hole injection High Low Low

Carrier lifetime in N-base Short Long Long

Thin wafer technology satisfies both minimum N-base thickness and opti-mum hole injection from backside P-emitter, realizing low conduction loss and switching loss.



1. Power Device – SiC(Silicon Carbide)

Silicon 계열의 소자특성 한계

Silicon 의 한계를 뛰어넘는 Material 필요

Silicon Carbide

SiSiCHigh break down voltage!High Thermal capability!!Low on-resistivity!!!Fast operation speed!!!!

High Performance Device

Energy saving power systems

High frequency type power systems

High temp power systems


2. Analog CMOS Device

Design Technology

Analog IPTechnology

Device Technology

• Analog CMOS• Power Device

Conver-gence

• Design• Device• Process


Deep sub micron (~30nm) CMOS device structure & process for high speed ana-log IC.• Research on new device structure & process to reduce short channel effect• Extraction method of exact electrical parameters• Modeling technology of new device

2. Analog CMOS Device


III. 연구 수행 과제

지원기관 과제명 기간

지경부 차세대 융복합 시스템용 아날로그 IP 핵심 설계 2012.01.012012.12.31

지경부 Batteryless TPMS 구현을 위한 MEMS 기반 핵심부품 기술개발

2011.05.012012.04.30

교과부 PET 용 방사성 의약품 고소율 자동합성시스템 융합기술 개발

2009.07.102014.06.30

중기청 화학반응용 정밀제어가 가능한 분리형 마이크로파 반응기의 개발

2011.06.01 2012.05.31


IV. 석 / 박사 신청 및 장학금 지원

• SD LAB 신청방법- http://device.sogang.ac.kr에 방문하여 연구분야 확인- 지도교수에게 e-mail, 혹은 연구실 홈페이지에 게시판에 면담신청

• 지원시기- 본교생 , 타교생 : 연중 수시 지원

• 석 / 박사 / 석박사 통합과정의 장학금 지원 - 석사과정 : 등록금 전액 + @( 연구장려금 ) - 박사과정 : 등록금 전액 + @@@( 연구장려금 ) - 석박통합과정 : 석 / 박 과정의 동일한 연차수의 학생과 동일한 처우

• 기타- 우수 학회 및 저널 발표시 인센티브 지급- 프로젝트 진행 상황에 따라 @( 연구장려금 ) 상향 조정 가능

- SD Lab 의 장점 : 현재 Power Device 에 대한 수요가 기하급수적으로 증가 함에 따라 여러 기업들이 새로운 성장동력으로 Power Device 에 대한 투자를 늘려나가고 있어 자신만의 강점을 가질 수 있음

http://device.sogang.ac.kr/

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국내대기업

중견 및 벤처기업

외국계 기업

유학 및 진학

V. 졸업 후 진로

Documents

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