semiconductor device laboratory 지도 교수 : 김광수 e-mail:...
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Semiconductor Device Laboratory
지도 교수 : 김광수E-mail: [email protected]
Homepage: http://device.sogang.ac.kr Office: CY413, Lab.: CY401
Semiconductor Device LAB., Sogang Univ. 2
Contents
구성원 소개I.
연구분야II.
연구 수행 과제III.
석 / 박사 신청 및 장학금 지원IV.
졸업 후 진로 V.
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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.
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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
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1. Power Device Power MOSFET IGBT Silicon Carbide
2. Analog CMOS Devices
II. 연구분야
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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
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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
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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
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1. Power Device
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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
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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
1. Power Device – Power MOS-FET
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• 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
1. Power Device – Power MOS-FET
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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>
1. Power Device – Power MOS-FET
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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
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<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.
1. Power Device – IGBT
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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 – IGBT
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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
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2. Analog CMOS Device
Design Technology
Analog IPTechnology
Device Technology
• Analog CMOS• Power Device
Conver-gence
• Design• Device• Process
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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
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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
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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
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국내대기업
중견 및 벤처기업
외국계 기업
유학 및 진학
V. 졸업 후 진로