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2018.10.31 Si 파워 디바이스

MOSFET란? – Super Junction MOSFET

Si 트랜지스터란?

본 페이지에서는, MOSFET 중에서도 최근 고내압 MOSFET를 대표하는 Super Junction MOSFET에 대해 설명하겠습니다.

파워 트랜지스터의 특징과 포지션
우선, 최근의 주요 파워 트랜지스터인 Si-MOSFET, IGBT, SiC-MOSFET의 전력과 주파수의 범위를 확인하겠습니다. Super Junction MOSFET의 특징 및 특성에 따른 분류를 설명하기에 앞서 Si-MOSFET의 포지션을 먼저 이해할 필요가 있습니다.

하기는, 각 파워 트랜지스터에서 다루는 전력과 주파수 영역을 나타낸 그래프입니다. Si-MOSFET는, 이 비교에서 ON 저항과 내압에 있어서는 IGBT 및 SiC-MOSFET에 조금 못 미치지만, 저전력~중전력에서 고속 동작이 우수한 것을 알 수 있습니다.

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Planar MOSFET와 Super Junction MOSFET
Si-MOSFET는, 제조 프로세스에서 Planar MOSFET와 Super Junction MOSFET로 분류할 수 있습니다. 단적으로 말하면, 파워 트랜지스터의 영역에서 Planar 구조의 한계를 뛰어넘기 위해 개발된 것이 Super Junction 구조입니다.

하기의 그림과 같이, Planar 구조는 평면적으로 트랜지스터를 구성합니다. 이러한 구조는 내압을 높이면, 드리프트층이 두꺼워지므로 ON 저항이 증가한다는 과제가 있었습니다. 그에 비해, Super Junction 구조는 종형 pn 접합을 여러 개 나열한 구조로, 이를 통해 내압을 유지하면서 ON 저항 RDS(ON)과 게이트 전하량 Qg를 저감하였습니다.

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또한, 트랜지스터의 OFF 스위칭 특성의 검토 항목으로, 내부 다이오드의 역전류 irr과 역회복 시간 trr이 있습니다. 하기 파형도에서 알 수 있듯이, 기본적으로 Super Junction MOSFET는 PN Junction의 면적이 Planar MOSFET에 비해 크기 때문에, Planar MOSFET보다 trr은 고속이지만 irr이 많이 흐른다는 특성이 있습니다.

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이러한 특성은, Super Junction MOSFET의 과제로서 개선이 진행되고 있으며, 고속성 및 Low Noise와 같은 특징에 따라 여러가지 라인업이 있습니다. 다음 장에서는 라인업 별 특징에 대해 확인하도록 하겠습니다.

키 포인트

・Si-MOSFET는, 저전력~중전력에서 고속 동작이 가능한 포지션이다.

・Super Junction 구조는, 내압을 유지하면서 ON 저항 RDS(ON)과 게이트 전하량 Qg의 저감을 실현한다.

・Super Junction MOSFET는 Planar MOSFET보다 trr이 고속이고, irr이 크다는 특성을 지닌다.

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