• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제8권3호
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• pp.251-263
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• 2008

In this paper, we report an analytical modeling and 2-D Synopsys Sentaurus TCAD simulation of ion implanted silicon carbide MESFETs. The model has been developed to obtain the threshold voltage, drain-source current, intrinsic parameters such as, gate capacitance, drain-source resistance and transconductance considering different fabrication parameters such as ion dose, ion energy, ion range and annealing effect parameters. The model is useful in determining the ion implantation fabrication parameters from the optimization of the active implanted channel thickness for different ion doses resulting in the desired pinch off voltage needed for high drain current and high breakdown voltage. The drain current of approximately 10 A obtained from the analytical model agrees well with that of the Synopsys Sentaurus TCAD simulation and the breakdown voltage approximately 85 V obtained from the TCAD simulation agrees well with published experimental results. The gate-to-source capacitance and gate-to-drain capacitance, drain-source resistance and trans-conductance were studied to understand the device frequency response. Cut off and maximum frequencies of approximately 10 GHz and 29 GHz respectively were obtained from Sentaurus TCAD and verified by the Smith's chart.

• 전기전자학회논문지
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• 제25권1호
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• pp.15-24
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• 2021

본 논문에서는 CDT(Conventional Double Trench) MOSFET보다 스위칭 시간과 손실이 적은 1700 V EPDT(Extended P+ shielding floating gate Double Trench) MOSFET 구조를 제안하였다. 제안한 EPDT MOSFET 구조는 CDT MOSFET에서 소스 Trench의 P+ shielding 영역을 늘리고 게이트를 N+와 플로팅 P- 폴리실리콘 게이트로 나누었다. Sentaurus TCAD 시뮬레이션을 통해 두 구조를 비교한 결과 온 저항은 거의 차이가 없었으나 Crss(게이트-드레인 간 커패시턴스)는 게이트에 0 V 인가 시에는 CDT MOSFET 대비 32.54 % 줄었고 7 V 인가 시에는 65.5 % 감소하였다. 결과적으로 스위칭 시간 및 손실은 각각 45 %, 32.6 % 줄어 스위칭 특성이 크게 개선되었다.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제22권4호
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• pp.136-141
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• 2023

The continuous shrinking of transistors in integrated circuits leads to difficulties in improving performance, resulting in the emerging transistors such as nanosheet field-effect transistors. In this paper, we propose a TCAD-machine learning framework of nanosheet FETs to model the current-voltage characteristics. Sentaurus TCAD simulations of nanosheet FETs are performed to obtain a large amount of device data. A machine learning model of I-V characteristics is trained using the multi-layer perceptron from these TCAD data. The weights and biases obtained from multi-layer perceptron are implemented in a PSPICE netlist to verify the accuracy of I-V and the DC transfer characteristics of a CMOS inverter. It is found that the proposed machine learning model is applicable to the prediction of nanosheet field-effect transistors device and circuit performance.

• 디지털콘텐츠학회 논문지
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• 제18권6호
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• pp.1193-1198
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• 2017

본 논문에서 개발된 IGBT 구조는 DC 송배전을 위한 고전력 스위치 반도체로서 사용되며, 빠른 스위칭 속도 및 개선된 항복전압 특성을 확보하여, 향후 신재생 장거리 DC 송전을 위한 중요한 전자 소자로서 이용될 것이 기대되고 있다. 새로운 타입의 차세대 전력 반도체로서, 스위칭 속도를 향상시키면서 동시에 항복 전압의 특성을 개선시켜, 전력 손실 특성을 줄이도록 설계되었고, 높은 전류 밀도의 장점을 동시에 획득 가능하다. 이러한 개선된 특성은 Planar IGBT의 N-drift 영역에 $SiO_2$를 추가로 도입함으로서 얻어지며, Sentaurus TCAD 시뮬레이션 툴을 사용하여, 비교 분석하였다.

• 전기전자학회논문지
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• 제23권3호
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• pp.756-761
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• 2019

본 논문에서는 기존 4H-SiC SJ UMOSFET 구조의 p-pillar을 기존 UMOSFET의 shielding 영역 아래로 배치시키는 SC-SJ(Shielding Connected-Super Junction) UMOSFET 구조를 제안한다. 제안한 SC-SJ UMOSFET의 경우 p-pillar와 shielding 영역이 공존하여 산화막에서 전계에 의한 항복이 발생하지 않도록 하며, 이는 pillar의 도핑 농도 상승을 가능하게 한다. 결과적으로 온저항을 낮춤으로서 소자의 정적 특성을 개선한다. Sentaurus TCAD 시뮬레이션을 통해 기존 구조와 제안한 구조의 정적 특성을 비교, 분석하였다. 제안한 SC-SJ UMOSFET은 기존 구조에 비해 항복전압의 변화 없이 50% 감소된 온저항을 얻을 수 있다.

• 전기전자학회논문지
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• 제25권2호
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• pp.371-375
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• 2021

본 논문에서는 고전압과 고온에서 사용할 수 있는 SiC 기반의 LIGBT 구조를 제시한다. 낮은 전류 특성을 향상시키기 위해 Gate를 중심으로 대칭되는 Dual-Emitter가 삽입된 것이 특징이다. 제안된 소자의 특성 검증을 위하여 Sentaurus TCAD simulation을 이용하여 시뮬레이션을 진행하였고 일반적인 LIGBT와 비교 연구를 진행하였다. 뿐만 아니라, 소수캐리어에 의한 전기적 특성을 검증하기 위해 N-drift 영역의 길이에 대하여 변수를 지정하여 Split을 진행하였다. 시뮬레이션 분석 결과, 제안된 Dual-Emitter 구조는 기존의 LIGBT보다 동일한 전압에서 높은 전류가 흐르는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.449.2-449.2
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• 2014

태양전지용 III-V족 화합물 반도체 물질인 GaAs는 1.42eV의 Energy Band-gap (Eg)을 가지고 있기 때문에 이론적으로 단일접합 태양전지로는 가장 높은 수준의 광-전 변환효율 달성이 가능하다. 비록 emitter의 조건 가변으로 설정을 했음에도 불구하고, 처음 기본적인 구조였던 emiier 두께 75 nm, 도핑농도 상에서 효율이 24.53%가 될 정도로 큰 효율이 나오게 되었다. TCAD simulation을 이용하여 emitter의 도핑농도와 두께를 가변하여 가장 높은 효율이 나오는 emitter 조건을 찾는 실험을 진행하였다. 시뮬레이션 결과 emitter두께 100 nm에서 도핑농도가 인 경우에 Voc=28.43, Jsc=25.84, Jph=29.12, FF=87.76%, 효율은 25.84%가 나오는 것을 확인 수 있었다.

• 전기전자학회논문지
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• 제24권2호
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• pp.592-597
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• 2020

SiC는 Si에 비해서 Breakdown field가 10배 높고, Energy gap이 3배 높기 때문에 높은 Breakdown voltage를 갖는 우수한 전력 MOSFET을 제작할 수 있다. 하지만 낮은 Mobility로 인한 높은 On저항을 갖기 때문에 이를 낮추기 위해서 Trench MOSFET이 제안되었지만 동시에 BV가 감소한다는 문제점을 갖는다. 본 논문에서는 1200V급 Trench MOSFET 설계를 목적으로 하며, 이를 해결하기 위해서 BV와 Ron에 대한 중요한 변수인 Epi 깊이, Trench 깊이, Trench 깊이에서 Epi 깊이까지의 거리에 대한 Split을 진행하여 최대 전계, BV, Ron의 신뢰성 특성을 비교 분석하였다. Epi 깊이가 증가할수록, Trench 깊이가 감소할수록, Trench 깊이에서 Epi 깊이가 감소할수록 최대 전계 감소, BV 증가, Ron 증가를 확인하였다. 모든 결과는 Sentaurus TCAD를 통해 Simulation 되었다.

• 전기전자학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.94-100
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• 2015

본 논문에서는 U-MOSFET 내부의 기생 body 다이오드(PN diode)를 쇼트키 body 다이오드(Schottky body diode)로 대체한 50V급 전력 U-MOSFET을 제안하였다. 쇼트키 다이오드는 PN 다이오드와 비교 시, 역 회복 손실(reverse recovery loss)을 감소시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 따라서 전력 MOSFET의 기생 body 다이오드를 쇼트키 body 다이오드를 대신함으로써 역 회복 손실을 최소화 할 수 있다. 제안된 쇼트키 body 다이오드(Schottky body diode) U-MOSFET(SU-MOS)를 conventional U-MOSFET(CU-MOS)와 전기적 특성을 비교한 결과, 전달(transfer) 및 출력(output)특성, 항복(breakdown)전압 등 정적(static) 특성의 변화 없이 감소된 역 회복 손실을 얻을 수 있었다. 즉, 쇼트키 다이오드의 폭(width)이 $0.2{\mu}m$, 쇼트키 장벽 높이(Schottky barrier height)가 0.8eV일 때 첨두 역전류(peak reverse current)는 21.09%, 역 회복 시간(reverse recovery time)은 7.68% 감소하였고, 성능지수(figure of merit(FOM))는 35% 향상되었다. 제안된 소자의 특성은 Synopsys사의 Sentaurus TCAD를 사용하여 분석되었다.

• 전기전자학회논문지
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• 제24권1호
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• pp.284-292
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• 2020

SiC 기반 소자는 silicon 소자 대비 1200V 이상의 고전압 환경에서 우수하게 동작하며 특히 매우 높은 온도에서 안정적인 특성을 보여준다. 따라서 최근 1700V급 UMOSFET이 전기 자동차, 항공기 등의 전력시스템의 사용을 목표로 활발하게 연구개발 되고 있다. 본 논문에서는 최근 연구되고 있는 세 종류의 1700급 UMOSFET-Conventional UMOSFET (C-UMOSFET), Source Trench UMOSFET (ST-UMOSFET), Local Floating Superjunction UMOSFET (LFS-UMOSFET)-에 대해 온도 변화(300K-600K)에 따른 전력소자에서 중요한 변수 (breakdown voltage(BV), on-resistance(R_on), threshold voltage(v_th), transconductance(g_m))의 신뢰성 특성을 비교 분석하였다. 세 소자 모두 온도 증가에 따른 BV 증가, R_on 증가, v_th 감소, g_m 감소를 확인하였다. 그러나 세 소자의 구조 차이에 따라 BV, R_on v_th, g_m 변화에 차이가 있어 그 정도 및 원인에 대해 비교 분석하였다. 모든 결과는 sentaurus TCAD을 통해 simulation 되었다.