Analysis of the electrical characteristics of the novel TIGBT with additional pMOS

새로운 구조의 pMOS 삽입형 TIGBT의 전기적 특성 분석

  • Lee, Hyun-Duck (Department of Electronics Engineering, Seokyeoung University) ;
  • Won, Jong-Il (Department of Electronics Engineering, Seokyeoung University) ;
  • Yang, Yil-Suk (Electronics and Telecommunications Research Institute) ;
  • Koo, Yong-Seo (Electronics and Electrical Engineering, Dankook University)
  • Received : 2010.03.02
  • Published : 2010.04.26

Abstract

In this paper, we proposed the novel TIGBT with an additional p-type MOS structure to achieve the improved trade-off between turn-off and on-state voltage drop(Vce(sat)). These low on-resistance and the fast switching characteristics of the proposed TIGBT are caused by an enhanced electron current injection efficiency which is caused by additional p-type MOS structure. In the simulation result, the proposed TIGBT has the lower on state voltage of 1.67V and the shorter turn-off time of 3.1us than those of the conventional TIGBT(2.25V, 3.4us).

본 논문에서는 기존 TIGBT의 구조적 한계로 인한 순방향 전압강하와 스위칭 손실간의 트레이드-오프 관계를 극복하고, 좀 더 우수한 전기적 특성을 갖는 새로운 구조의 pMOS 삽입형 트렌치 TIGBT를 제안하였다. 제안된 구조는 TIGBT소자의 셀(Cell)과 셀 사이에 존재하는 폴리(poly) 게이트 영역에 pMOS를 형성시킨 구조로 n-드리프트 층으로의 전자, 정공의 주입효율을 증가시켜 기존 구조보다 더 낮은 온-저항과 빠른 스위칭 손실을 얻도록 설계된 구조이다. 시뮬레이션 결과 제안된 구조의 단일 소자인 경우 순방향 전압강하와 스위칭 특성은 각각 1.67V와 3.1us로, 기존 구조가 갖는 2.25V와 3.4us비해 각각 약 25%의 감소된 순방향 전압강하와 약 9% 감소된 스위칭 특성을 보였다.

Keywords

References

  1. B. J. Baliga, " Power Semiconductor Device" PWS Pubishing Company, pp. 446-455, Dec. 1996.
  2. T. K Khanna. "The Insulated Gate Bipolar Transistor Theory and Design" IEEE press. Wiley & Sons, INC, 2003.
  3. T. Trajkovic, F. Udrea, G, A, J, Amaratunga, W. I. Milne, S. S. M. Chan, P. R. Waind, J. Thomson and D. E. Crees, "Silicon MOS Controlled Bipolar Power Switching Devices Using Trench Technology," Int, J. lectronics, Vol. 86, No, 10, pp. 1153-1168, 1999.
  4. K. K. Ng, "Analysis of the Gate Voltage Depen dent Series Resistance of MOSFET's," IEEE Trans. Electron Devices., vol.ED-33, No.7, July. 1986.
  5. 윤종만, 최연의, 한민구, "JFET 효과를 감소시킨 고압용 수직형 IGBT," 전기학회 논문지, 제 44권 23호, pp.303-309, 1995.
  6. N. Thapar and B. J. Baliga, "An Experimental Evaluation of the On-State Performance of Trench IGBT Designs", Solid-StateElectronics, Vol. 42, No. 5, pp. 771-776, 1998.
  7. G. Bonnet, P.Austin, J.L. Sanchez, "New Distributed model of NPT IGBT dedicated to power circuits design" Microelectronics Reliability 44(2004) , p79-88 https://doi.org/10.1016/S0026-2714(03)00186-0
  8. T. Laska, M. Munzer, F. Pfirsch, C. Schaeffer, and J. Schmidt, "The field stop IGBT (FS IGBT) a new power device concept with a great improvement potential", Proc. 12th ISPSD, pp.335, 2000.
  9. F. D. Bauer, "The super junction bipolar transistor: a new silicon power device concept for ultra low loss switching applications at medium to high voltages", Solid-State Electronics, Vol. 48, No. 5, pp. 705, 2004. https://doi.org/10.1016/j.sse.2003.09.017
  10. P.R. Palmer, "Characterization and Modelting of the LPT CSTBT-the 5th Generation IGBT" IEEE PESC Rec. 2003.
  11. 구용서, 손정만 "향상된 전기적 특성을 갖는 트렌치 게이트형 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터에 관한 연구". 전기전자학회 논문지. 제 11권, 4호. pp158-164. Dec. 2007.
  12. Vinod Kumar Khanna. "The Insulated Gate Bipolar Transistor Theory and Design" IEEE press. A John Wiley & Sons, INC,. , 2003..
  13. 신사무엘, 손정만, 구용서, " 2500V급 IGBT의 전기적 특성에 관한 연구", 대한전자공학회 추계학술대회, 제30권, pp.323-324, 2007.
  14. Vinod Kumar Khanna "The Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT) Theory and Design" IEEE, pp. 241-249, 2003.
  15. Sehwan Ryu, HyungKeun Ahn, DeukYoung Han, "An Analytical Transient Model For NPT IGBT". ICPE '01 International conference on power electronics, pp 26-30, Oct. 2001.
  16. Sehwan Rye, Kwangchal Hwang, HyungKeun Ahn, DeukYoung Han, " Transient Characteristics of NPT-IGBT with different temperature", 한국전기전자재료학회 하계학술대회, pp 292-295, 2002.