KR20030001265A - 반도체장치 - Google Patents
반도체장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20030001265A KR20030001265A KR1020020033914A KR20020033914A KR20030001265A KR 20030001265 A KR20030001265 A KR 20030001265A KR 1020020033914 A KR1020020033914 A KR 1020020033914A KR 20020033914 A KR20020033914 A KR 20020033914A KR 20030001265 A KR20030001265 A KR 20030001265A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- diode
- silicon carbide
- semiconductor device
- switching
- resistor
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 90
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 71
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 71
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 8
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 4
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
- H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
- H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
- H01L21/8213—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using SiC technology
Landscapes
- Power Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Thyristors (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
본 발명에서, 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드(11)에는 병렬로 저항(12)이 접속되어 있다. 다이오드(11)의 턴 온 및 턴 오프에 따라 다이오드(11)의 저항성분은 크게 변화되지만, 저항(12)이 다이오드(11)에 병렬로 접속됨으로써, 다이오드(11)와 외부의 배선에 의해 형성되는 LCR 회로의 저항성분의 변화는 억제된다. 그에 따라서, LCR 회로는 고유진동조건을 만족하기 어려워짐과 동시에, LCR 회로의 품질 요인의 증대는 억제된다. 이에 따라서, 본 발명은, 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드나 스위칭 디바이스를 갖는 반도체장치에 있어서, 스위칭 손실과 도통 손실의 관계를 개선하면서, 진폭이 큰 장치전압의 진동 발생을 억제할 수 있다.
Description
본 발명은, 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드나 스위칭 디바이스를 갖는 반도체장치에 관한 것이다.
종래에는, 많은 반도체장치에 다이오드나, 예를 들면 사이리스터나 트랜지스터 등의 스위칭 디바이스가 사용되었다.
그런데, 스위칭 디바이스가 온 상태 또는 다이오드가 순바이어스 상태, 요컨대 디바이스가 도통상태인 경우에 있어서는, 디바이스의 내부에는 비교적 다수의 전하가 축적되어 있다. 한편, 스위칭 디바이스가 오프 상태, 또는 다이오드가 역바이어스 상태, 요컨대 디바이스가 비도통상태인 경우에서는, 디바이스의 내부에는 공간 전하층이 형성되고, 전하는 그 만큼 존재하지 않는다.
따라서, 디바이스가 도통상태로부터 비도통상태로 이행(턴 오프)하는 과정에서는, 디바이스 내부에 축적된 전하를 소멸시키지 않고, 그 동안은 비도통상태보다도 큰 전류가 흐름에 따라 손실(턴 오프 손실)이 생긴다. 도통상태에 있어서, 디바이스에 축적되어 있던 전하가 많을수록, 턴 오프시에 큰 전류가 흐르게 되어, 턴오프 손실은 증대한다.
또한, 디바이스가 비도통상태로부터 도통상태로 이행(턴 온)하는 과정에서는, 디바이스 내부에 전하를 축적하지 않으면 안되고, 그 동안은 디바이스에 전류를 흘리기 때문에 필요한 전압은 도통상태보다도 크게 되어, 손실(턴 온 손실)이 생긴다. 이때, 디바이스에 축적되는 전하가 많을수록 그 축적에는 시간을 요하여 턴 온 손실이 증대한다.
이 턴 온 손실과 턴 오프 손실의 합을 스위칭 손실이라고 한다. 특히, 고전압 디바이스에 있어서는, 스위칭 손실은 크고, 그 반도체장치에 주는 영향도 크기 때문에, 디바이스의 스위칭 성능에 본질적인 제약이 생긴다. 그에 따라서, 반도체장치의 성능에 제약이 가해지는 결과가 된다.
이상으로부터, 디바이스의 도통상태에 축적되는 전하량을 작게 하면, 스위 칭 손실을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. 그러나, 도통상태에 축적되는 전하량이 작은 경우, 도통상태에 있어서의 전압강하가 커지고, 그것은 디바이스의 도통 손실의 증대를 의미한다.
요컨대, 스위칭 손실과 도통 손실과는 이율배반의 관계로 되어 있다. 이 양자의 관계는, 디바이스의 전압 저지능력에 의존하여 전압 저지능력이 높을수록 그 관계는 악화한다.
또한, 디바이스의 두께를 얇게 함으로써 도통 손실을 작게 하고, 게다가 적은 전하량으로 큰 전류를 흘릴 수 있고, 그에 따라서 스위칭 손실과 도통 손실의 관계를 개선하는 것이 고려된다. 그러나, 디바이스의 두께를 얇게 한 경우, 해당디바이스의 내전압 특성이 열화하여 버린다. 그 때문에, 예를 들면, 전력 변환기 등의 고전압을 따르는 디바이스에 있어서는, 디바이스의 두께를 얇게 하는 데는 한계가 있다.
이상과 같은 문제를 해결하여 에너지 절약화를 꾀하는 것을 목적으로 하여서, 전력 변환에 이용되는 반도체장치의 다이오드 및 스위칭 디바이스에 있어서의 스위칭 손실과 도통 손실의 관계를 개선하는 시도가 적극적으로 행하여졌다. 그 하나가, 종래 실리콘을 재료로서 제조되었던 다이오드 및 스위칭 디바이스를 탄화실리콘에 의해서 형성하는 것이다.
탄화실리콘은 역항복 전계가 실리콘의 약 10배이고, 뛰어난 내전압 특성을 갖고 있으므로, 디바이스의 저지상태에 있어서 높은 전압이 발생하는 조건으로 동작하는 디바이스의 재료로서 적합하다. 다시 말하면, 소정 전압을 유지하기 위해서 필요로 하는 디바이스의 두께는, 같은 전압을 유지하기 위한 실리콘을 재료로 하는 디바이스의 두께와 비교하여 대폭 얇게 할 수 있고, 스위칭 손실과 도통 손실의 관계 개선에 기여할 수 있는 것으로서 기대되고 있다.
또한, 탄화실리콘은 밴드간의 에너지 갭이 크고, 열적 안정성이 우수하기 때문에, 탄화실리콘으로 제조된 디바이스는 약 1000켈빈(Kelvin)까지의 고온환경하에서 동작시킬 수 있다. 또한, 탄화실리콘은 열전도도가 크고, 열을 효율적으로 방열할 수 있기 때문에, 탄화실리콘 디바이스는 고밀도로 배치하는 것이 가능하다. 이러한 특징으로부터도, 탄화실리콘은, 차세대의 전력용 반도체 디바이스에의 응용이 기대되고 있는 재료이다.
그런데, 상술한 것처럼, 실리콘이나 탄화실리콘 등의 반도체 재료를 이용한 다이오드나 스위칭 디바이스는, 그 내부에 공간 전하층을 형성함으로써 전압을 저지하는 능력을 얻는다. 한편, 정상의 도통상태에 있어서는 전하가 축적됨으로써, 작은 전압으로 전류를 흘릴 수 있다.
요컨대, 턴 온 및 턴 오프의 스위칭과정에 있는 다이오드나 스위칭 디바이스에는, 공간 전하층의 전압-전류특성 및 전하의 토출 및 흡수에 따라서 결정되는 용량성분을 갖는다. 또한, 전압 저지시의 누설전류 및 전하의 이동에 의한 전류값을 파라미터로 하는 저항성분, 공간 전하층 밖의 영역에서의 전하의 축적상태나 불순물 농도 등에 따라서 결정되는 저항 성분 등이 존재한다. 또한, 다이오드나 스위칭 디바이스의 외부에는, 디바이스와 다른 장치를 전기적으로 접속하는 배선이 존재하고, 그 배선은 인덕턴스 성분을 갖고 있다. 따라서, 다이오드나 스위칭 디바이스를 갖는 반도체장치에 있어서는, 이것들의 용량성분, 저항성분, 인덕턴스 성분에 의해 LCR 회로가 구성되게 된다.
다이오드나 스위칭 디바이스가 턴 오프 또는 턴 온 하는 과정에서, 전하의 농도분포가 변화함으로써 상기 성분은 크게 변화된다. 그들의 변화에 의해서 LCR 회로는 용이하게 고유 진동조건을 만족하여 장치전압의 발진을 일으킨다. 이 진동은, 다이오드나 스위칭 디바이스의 전압 저지능력을 초과하는 전압값을 발생시킬 우려가 있다. 또한, 그 진동은, 주변기기의 전자 잡음원이 되어 기기의 정상적인동작을 저해하는 요인이 될 수 있다.
이 전압의 진동 진폭은, 반도체장치에 인가되는 전압에 의존하여 인가되는 전압이 높을수록 크다. 또한, 저항성분이 커 LCR 회로의 품질 요인이 큰 경우에도, 진동의 진폭은 커진다.
탄화실리콘에 의한 디바이스에 있어서, 스위칭 손실과 도통 손실의 관계개선을 목적으로 실리콘에 의한 디바이스와 비교하여 디바이스의 두께를 대폭 얇게 할 수 있다는 것은 상술한 대로이다. 그러나, 디바이스의 두께가 얇은 경우, 디바이스 내부에 축적되는 전하 및 디바이스 내부로부터 토출되는 전하는 적기 때문에, 턴 온 및 턴 오프에 따르는 디바이스 내부의 저항성분 변화의 속도는 빠르다. 이 의미는, 특히 턴 오프시에 저항성분이 급속히 증가하는 것을 의미한다. LCR 회로에서 고유진동조건이 만족되는 전압의 진동이 생긴 경우에, LCR 회로의 저항성분이 급속히 증가하면, 전압 진동의 시간적인 감쇠를 상회하는 품질 요인의 증가가 생겨, 대단히 큰 진폭의 전압 진동이 발생하기 쉽다.
따라서, 탄화실리콘을 이용한 다이오드나 스위칭 디바이스에 있어서는, 디바이스의 두께를 얇게 하여 스위칭 손실과 도통 손실의 관계를 개선할 수 있지만, 그에 따라서 큰 진폭을 갖는 장치전압의 진동이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 디바이스의 파손이나 주변기기의 오동작을 회피하기 위해서, 장치에 인가하는 전압을 낮게 제한하여 사용할 수 없고, 그것으로 반도체장치의 성능을 저하시키고 있다.
본 발명은, 이상과 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드나 스위칭 디바이스를 갖는 반도체장치에 있어서, 스위칭손실과 도통 손실의 관계를 개선하면서, 진폭이 큰 장치전압의 진동 발생을 억제할 수 있는 반도체장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 실시예 1에 따른 반도체장치의 구성을 나타낸 회로도,
도 2는 실시예 1에 따른 반도체장치의 구성을 나타낸 회로도,
도 3은 실시예 2에 따른 반도체장치의 구성을 나타낸 회로도,
도 4는 실시예 2에 따른 반도체장치의 구성을 나타낸 회로도,
도 5는 실시예 3에 따른 반도체장치의 구성을 나타낸 회로도,
도 6은 실시예 4에 따른 반도체장치의 구성을 나타낸 단면도,
도 7은 실시예 5에 따른 반도체장치의 구성을 나타낸 회로도,
도 8은 실시예 6에 따른 반도체장치의 구성을 나타낸 단면도,
도 9는 실시예 7에 따른 반도체장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11 : 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드
12 : 저항13 : 탄화실리콘을 재료로 하는 스위칭 디바이스
14 : 콘덴서20 : 밀봉용기
21 : 히트싱크22 : 도통판
23 : 본딩 와이어24, 25 : 도통바
31 : 탄화실리콘을 재료로 하는 저항
32 : 탄화실리콘을 재료로 하는 콘덴서
41 : 결정결함
본 발명의 제 1 국면에 기재된 반도체장치는, 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드 및/또는 스위칭 디바이스를 갖는 반도체장치에 있어서, 저항 및 콘덴서 중 적어도 어느 한쪽이, 상기 다이오드 및/또는 상기 스위칭 디바이스에 병렬로 접속되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 국면에 기재된 반도체장치는, 제 1 국면에 기재된 반도체장치에 있어서, 상기 다이오드 및/또는 상기 스위칭 디바이스와 상기 저항 및/또는 상기 콘덴서가 하나의 용기에 수납되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 국면에 기재된 반도체장치는, 제 2 국면에 기재된 반도체장치에 있어서, 상기 용기가 히트싱크를 더 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4 국면에 기재된 반도체장치는, 제 1 국면 내지 제 3 국면 중 어느 하나에 기재된 반도체장치에 있어서, 상기 저항 및/또는 상기 콘덴서가, 탄화실리콘을 재료로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 5 국면에 기재된 반도체장치는, 제 4 국면에 기재된 반도체장치에 있어서, 상기 다이오드 및/또는 상기 스위칭 디바이스와, 상기 저항 및/또는 콘덴서가, 하나의 탄화실리콘 기판에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 6 국면에 기재된 반도체장치는, 제 5 국면에 기재된 반도체장치에 있어서, 상기 저항이, 상기 다이오드 및/또는 상기 스위칭 디바이스에서의 결정 결함에 의해서 형성된 것을 특징으로 한다.
[발명의 실시예]
<실시예 1>
도 1은 실시예 1에 따른 반도체장치의 구성을 나타낸 회로도이다. 이 도면에서, 11은 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드, 12는 저항, 13은 탄화실리콘을 재료로 하는 스위칭 디바이스인 GTO이다.
도 1a와 같이, 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드(11)에 저항(12)이 병렬로 접속된다. 요컨대, 저항(12)은, 다이오드(11) 및 외부의 배선에 의해서 형성되는 LCR 회로의 저항성분에 대하여 병렬로 접속되게 된다.
다이오드(11)가 턴 오프 또는 턴 온하는 과정에 다이오드(11)의 저항성분이 크게 변화된 경우에 있어서도, 저항(12)의 저항값은 일정하기 때문에, LCR 회로의 저항성분의 변동은 억제된다. 따라서, 저항(12)을 갖지 않은 종래의 반도체장치와 비교하여, LCR 회로는 고유진동조건을 만족하기 어려워져, 장치전압의 진동 발생을 억제할 수 있다.
또한, 다이오드(11)의 턴 오프시에 저항성분이 급속히 증대한 경우에 있어서도, LCR 회로의 저항성분의 증대는 억제되기 때문에, LCR 회로의 품질 요인의 증대를 억제할 수 있다. 따라서, 장치전압의 진동이 발생한 경우에, 그 진폭의 증대는 억제된다.
이상, 반도체장치가 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드를 갖는 경우에 관해서 설명하였지만, 탄화실리콘을 재료로 하는 예를 들면 GTO 등의 스위칭 디바이스를 갖는 반도체장치에 대하여, 도 1b와 같이, 탄화실리콘을 재료로 하는 스위칭 디바이스(13)에, 저항(12)을 병렬로 접속하면 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 분명하다.
요컨대, 스위칭 디바이스(13)가 턴 오프 또는 턴 온하는 과정에 스위칭 디바이스(13)의 저항성분이 크게 변화된 경우에도, 스위칭 디바이스(13)와 외부의 배선에 의해서 형성되는 LCR 회로의 저항성분의 변동은 억제되고, 또한, 스위칭 디바이스(13)의 턴 오프시의 LCR 회로의 품질 요인의 증대는 억제된다.
따라서, 탄화실리콘을 이용한 다이오드나 스위칭 디바이스의 두께를 얇게 하여 스위칭 손실과 도통 손실의 관계를 개선한 경우에도, 큰 진폭을 갖는 장치전압의 진동 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 디바이스의 파손이나 주변기기의 오동작을 회피할 수 있다. 또한, 장치에 인가하는 전압을 낮게 제한할 필요가 없어지기 때문에, 반도체장치의 성능 향상에 기여할 수 있다.
이때, 도 1b에는 탄화실리콘을 재료로 하는 스위칭 디바이스로서, GTO를 예로 나타내었지만, 본 발명은, 예를 들면 트랜지스터나 FET 등의 다른 스위칭 디바이스에 대해서도 용이하게 적용할 수 있는 것은 말할 나위도 없다.
또한, 다이오드 및 스위칭 디바이스를 복수개 구비하는 반도체장치에서도, 예를 들면, 도 2a 및 2b에 나타낸 것처럼, 다이오드(11) 및 스위칭 디바이스(13)에 병렬로 저항(12)을 접속함으로써 동일한 효과를 얻을 수 있는 것도 분명하다.
<실시예 2>
도 3은 실시예 2에 따른 반도체장치의 구성을 나타낸 회로도이다. 이 도면에서, 11은 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드, 13은 탄화실리콘을 재료로 하는 GTO, 14는 콘덴서이다.
도 3a와 같이, 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드(11)에 콘덴서(14)가 병렬로 접속된다. 요컨대, 콘덴서(14)는, 다이오드(11) 및 외부의 배선에 의해서 형성되는 LCR 회로의 용량성분에 대하여 병렬로 접속되게 된다.
다이오드(11)가 턴 오프 또는 턴 온하는 과정에 다이오드(11)의 용량성분이 변화된 경우에도, 콘덴서(14)의 용량값은 일정하기 때문에, LCR 회로의 용량성분의 변동은 억제된다. 따라서, 콘덴서(14)를 갖지 않은 종래의 반도체장치와 비교하여, LCR 회로는 고유진동조건을 만족하기 어려워져 장치전압의 진동 발생을 억제할 수 있다.
또한, 다이오드(11) 및 외부의 배선에 의해서 형성되는 LCR 회로의 품질 요인은, 저항성분 뿐만 아니라 용량성분에도 의존하고, 용량성분을 크게 함으로써 품질 요인을 작게 할 수 있다. 따라서, 콘덴서(14)에 의해 다이오드(11)의 턴 오프시에 생기는 LCR 회로의 품질 요인의 증대는 억제된다. 따라서, 장치전압의 진동이 발생한 경우에 있어서, 그 진폭의 증대는 억제된다.
이상, 반도체장치가 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드를 갖는 경우에 관해서 설명하였지만, 탄화실리콘을 재료로 하는 예를 들면, GTO 등의 스위칭 디바이스를 갖는 반도체장치에 대해서도 도 3b와 같이, 탄화실리콘을 재료로 하는 스위칭디바이스(13)에, 콘덴서(14)를 병렬로 접속하면 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 분명하다.
요컨대, 스위칭 디바이스(13)가 턴 오프 또는 턴 온하는 과정에 스위칭 디바이스(13)의 용량성분이 크게 변화된 경우에도, 스위칭 디바이스(13)와 외부의 배선에 의해서 형성되는 LCR 회로의 용량성분의 변동은 억제되고, 또한, 스위칭 디바이스(13)의 턴 오프시의 LCR 회로의 품질 요인의 증대는 억제된다.
따라서, 탄화실리콘을 이용한 다이오드나 스위칭 디바이스의 두께를 얇게 하여 스위칭 손실과 도통 손실의 관계를 개선한 경우에도, 큰 진폭을 갖는 장치전압의 진동 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 디바이스의 파손이나 주변기기의 오동작을 회피할 수 있다. 또한, 장치에 인가하는 전압을 낮게 제한할 필요가 없어지기 때문에 반도체장치의 성능 향상에 기여할 수 있다.
이때, 도 3b에는 탄화실리콘을 재료로 하는 스위칭 디바이스로서, GTO를 예로 들었지만, 본 발명은, 예를 들면 트랜지스터나 FET 등의 다른 스위칭 디바이스에 대해서도 용이하게 적용할 수 있는 것은 말할 나위도 없다.
또한, 다이오드 및 스위칭 디바이스를 복수개 구비하는 반도체장치에서도, 예를 들면, 도 4a 및 4b에 나타낸 것처럼, 다이오드(11) 및 스위칭 디바이스(13)에 병렬로 콘덴서(14)를 접속함으로써 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것도 분명하다.
<실시예 3>
도 5는 실시예 3에 따른 반도체장치의 구성을 나타낸 회로도이다. 이 도면에서, 11은 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드, 12는 저항, 13은 탄화실리콘을 재료로 하는 GTO, 14는 콘덴서이다.
도 5a는 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드(11)에, 저항(12) 및 콘덴서(14)가 병렬로 접속된 예이다. 요컨대, 다이오드(11) 및 외부의 배선에 의해서 형성되는 LCR 회로의 저항성분에 대하여 병렬로 저항(12)이, 용량성분에 대하여 병렬로 콘덴서(14)가 각각 접속된다.
따라서, 다이오드(11)의 턴 오프 또는 턴 온 과정에서도, LCR 회로의 저항성분 및 용량성분의 변동은 억제된다. 따라서, 실시예 1 및 실시예 2에 나타낸 반도체장치보다도 더욱, LCR 회로는 고유진동조건을 만족하기 어려워져, 장치전압의 진동 발생을 억제할 수 있다.
또한, 저항(12) 및 콘덴서(14)에 의해 다이오드(11)의 턴 오프시의 LCR 회로의 품질 요인의 증대는 억제된다. 따라서, 장치전압의 진동이 발생한 경우에 있어서, 그 진폭의 증대는 억제된다.
이때, 도 5b와 같이, 탄화실리콘을 재료로 하는 스위칭 디바이스(13)에, 저항(12) 및 콘덴서(14)가 병렬로 접속된 반도체장치에 있어서도 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 분명하고, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
<실시예 4>
도 6은 실시예 4에 따른 반도체장치의 구성을 나타낸 단면도로, 도 2a에 나타낸 회로도에 의한 구성의 반도체장치를 나타낸다. 이 도면에서, 11은 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드, 12는 저항, 13은 탄화실리콘을 재료로 하는 스위칭 디바이스이다. 20은 다이오드(11) 및 스위칭 디바이스(13), 저항(12)을 수납하기 위한 밀봉용기로, 방열을 위한 히트싱크(21)를 갖는다. 또한, 22는 도통판, 23은 본딩 와이어, 24, 25는 도통바이다.
다이오드(11) 및 스위칭 디바이스(13), 저항(12)의 이면은, 도통판(22)에 납땜됨으로써 서로 접속되고, 도통판(22)을 통해 도통바(25)에 접속되어 있다. 또한, 다이오드(11) 및 스위칭 디바이스(13), 저항(12)의 표면은 본딩 와이어(23)를 통해 서로 접속되고, 도통바(24)에 접속되어 있다. 도통판(22)에는, 히트싱크(21)가 구비되고, 밀봉용기(20)내의 다이오드(11)나 스위칭 디바이스(13), 저항(12)에서 손실에 의해 생기는 열은, 히트싱크(21)를 통해 방열된다.
저항(12)이 다이오드(11) 및 스위칭 디바이스(13)와 동일한 밀봉용기(20)에 수납되어 있으므로, 반도체장치를 소형화할 수 있다.
또한, 손실에 의한 발열을 히트싱크(21)에 의해 용이하게 방열할 수 있기 때문에 디바이스의 온도변화를 억제할 수 있다. 따라서, 온도변화에 의한 특성 변화를 억제할 수 있어, 반도체장치는 안정된 성능을 유지할 수 있다.
이때, 상기한 것처럼 도 6에서는, 도 2a에 나타낸 회로도에 의한 구성을 갖는 반도체장치를 나타내었지만, 회로구성을 이것으로 한정하는 것이 아니라, 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드나 스위칭소자를 갖는 반도체장치에 널리 적응 가능하다.
또한, 다이오드나 스위칭 디바이스에 콘덴서를 병렬 접속한 구성 또는 저항과 콘덴서의 양쪽을 병렬 접속한 구성에서도 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 분명하다.
<실시예 5>
도 7은 실시예 5에 따른 반도체장치의 구성을 나타낸 회로도이다. 이 도면에서, 11은 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드, 13은 탄화실리콘을 재료로 하는 GTO 이다. 또한, 저항(31) 및 콘덴서(32)도 탄화실리콘을 재료라고 한다.
요컨대, 본 실시예에 따른 반도체장치는, 실시예 1 내지 실시예 3으로 나타낸 반도체장치에 있어서, 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드 및 스위칭 디바이스에 병렬로 접속되는 저항 및 콘덴서의 재료를 탄화실리콘으로 한 것이다.
따라서, 회로를 구성하는 다이오드(11) 및 스위칭 디바이스(13), 저항(31), 콘덴서(32)는 모두 탄화실리콘을 재료로 한다. 상술한 것처럼, 탄화실리콘은, 밴드사이의 에너지 갭이 크므로 열적 안정도가 우수하기 때문에, 본 발명에 따른 반도체장치를 고온환경하에 있더라도 안정되게 동작시킬 수 있다.
<실시예 6>
도 8은 실시예 6에 따른 반도체장치의 구성을 나타낸 단면도로, 도 6과 동일하게 도 2a에 나타낸 회로도에 의한 구성의 반도체장치를 나타낸다. 단, 다이오드(11) 및 스위칭 디바이스(13)에는 병렬 접속되는 저항은, 탄화실리콘을 재료로 하는 저항(31)으로, 다이오드(11)와 같은 기판에 형성된다. 이때, 그 밖의 요소는, 도 6에 같은 부호를 사용하여 나타낸 것과 동일한 요소이기 때문에 설명을 생략한다.
다이오드(11) 및 저항(31)은, 함께 탄화실리콘을 재료로 하고 있기 때문에,그 양자를 도 8에 나타낸 것처럼, 동일기판에 형성할 수 있다. 저항(31)과 다이오드(11)와 동일기판에 형성함으로써, 본딩 와이어(23)의 배선작업을 간소화 할 수 있고, 본딩 와이어(23)의 배선에 필요한 공간을 적게 할 수 있다. 따라서, 반도체장치의 저비용화와 소형 경량화에 기여할 수 있다.
이때, 도 8에서는, 저항(31)은, 다이오드(11)와 동일한 기판에 형성되었지만, 스위칭 디바이스(13)와 동일기판에 형성하였던 구성이더라도 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 분명하다.
또한, 상기한 것처럼, 도 8에서는, 도 2a에 나타낸 회로도에 의한 구성을 갖는 반도체장치를 나타내었지만, 회로구성을 이것으로 한정하는 것은 아니고, 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드나 스위칭소자를 갖는 반도체장치에 널리 적응 가능하다.
또한, 다이오드나 스위칭 디바이스와 동일한 기판에 콘덴서를 병렬 접속한 구성, 또는 저항과 콘덴서의 양쪽에 형성한 구성이더라도 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 분명하다.
<실시예 7>
도 9는 실시예 7에 따른 반도체장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 11은 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드이고, 41은 다이오드(11)내의 탄화실리콘의 결정결함을 나타낸다.
일반적으로, 결정결함은, 다이오드나 스위칭 디바이스에서의 누설전류를 크게 한다. 다시 말하면, 결정결함은, 다이오드나 스위칭 디바이스의 비도통시에 있어서의 저항성분을 작게 할 수 있다. 요컨대, 탄화실리콘을 재료로 하는 디바이스에 국소적으로 결정결함을 형성하는 것은, 해당 디바이스와 병렬로 저항을 배치하는 것과 등가가 된다. 즉, 도 9의 회로구성은, 도 7a의 회로도와 동일하다.
이때, 도 9에서는 탄화실리콘을 재료로 하는 디바이스로서 다이오드를 나타내었지만, 탄화실리콘을 재료로 하는 GTO 등의 스위칭 디바이스에 대하여도 적응 가능한 것은 분명하다.
여기서, 다이오드나 스위칭 디바이스에 병렬로 접속되는 저항은, 해당 디바이스내의 결정결함에 의해서 형성되기 때문에, 당연히 그것들은 동일 기판에 형성되게 되고, 실시예 6과 마찬가지로, 반도체장치의 저비용화와 소형 경량화에 기여할 수 있다.
또한, 디바이스영역과 저항영역을 구별하는 것이 필요 없어져, 저항을 디바이스와 동일한 기판에 용이하게 형성할 수 있다.
이때, 본 발명은 전력 변환기 등의 고전압을 따르는 반도체장치에 대하여 특히 유효하다고 생각되지만, 본 발명의 적용범위는, 그것으로 한정되는 것이 아니라, 모든 타입의 반도체장치에 대하여도 용이하게 적응 가능하다.
본 발명의 제 1 국면의 반도체장치에 의하면, 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드 및/또는 스위칭 디바이스를 갖는 반도체장치에 있어서, 저항 및 콘덴서 중 적어도 어느 한쪽이, 다이오드 및/또는 스위칭 디바이스에 병렬로 접속되기 때문에, 다이오드 및/또는 스위칭 디바이스와 외부의 배선에 의해서 형성되는 LCR 회로에서, 다이오드 및/또는 스위칭 디바이스의 턴 온, 턴 오프에 따르는 LCR 회로의 저항성분 및/또는 용량성분의 변화를 억제할 수 있다.
따라서, 다이오드 및/또는 스위칭 디바이스의 턴 온, 턴 오프시에 있어서, LCR 회로는 고유진동조건을 만족하기 어려워져, 장치전압의 진동 발생을 억제할 수 있다.
또한, 다이오드 및/또는 스위칭 디바이스의 턴 오프시에 LCR 회로의 품질 요인의 증대를 억제할 수 있기 때문에, 장치전압의 진동이 발생한 경우에 있어서, 그 진폭의 증대는 억제된다.
따라서, 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드나 스위칭 디바이스의 두께를 얇게 하여 스위칭 손실과 도통 손실의 관계를 개선한 경우에서도, 큰 진폭을 갖는 장치전압의 진동 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 디바이스의 파손이나 주변기기의 오동작을 회피할 수 있다. 또한, 장치에 인가하는 전압을 낮게 제한할 필요가 없어지기 때문에, 디바이스의 성능 향상에 기여할 수 있다.
상기 제 2 국면의 반도체장치에 의하면, 제 1 국면에 기재된 반도체장치에 있어서, 다이오드 및/또는 스위칭 디바이스와 저항 및/또는 콘덴서가, 하나의 용기에 수납되므로, 반도체장치의 소형 경량화에 기여할 수 있다.
상기 제 3 국면의 반도체장치에 의하면, 제 2 국면에 기재된 반도체장치에 있어서, 용기가, 히트싱크를 더 갖기 때문에, 다이오드 및/또는 스위칭 디바이스와 저항 및/또는 콘덴서의 온도변화를 억제할 수 있다. 따라서, 온도변화에 의한 특성의 변화를 억제할 수 있어, 반도체장치는 안정한 성능을 유지할 수 있다.
상기 제 4 국면의 반도체장치에 의하면, 제 1 국면 내지 제 2 국면 중 어느 하나에 기재된 반도체장치에 있어서, 저항 및/또는 콘덴서가, 탄화실리콘을 재료로 하므로, 본 발명에 따른 반도체장치를 고온환경하에 있더라도 안정되게 동작시킬 수 있다.
상기 제 5 국면의 반도체장치에 의하면, 제 4 국면에 기재된 반도체장치에 있어서, 다이오드 및/또는 스위칭 디바이스와, 저항 및/또는 콘덴서가, 하나의 탄화실리콘 기판에 형성되므로, 반도체장치 내에서의 배선작업을 간소화할 수 있고, 배선에 필요한 공간을 적게 할 수 있다. 따라서, 반도체장치의 저비용화와 소형 경량화에 기여할 수 있다.
상기 제 6 국면의 반도체장치에 의하면, 제 5 국면에 기재된 반도체장치에 있어서, 저항이, 다이오드 및/또는 스위칭 디바이스에 있어서의 결정결함에 의해서 형성되기 때문에, 디바이스영역과 저항영역을 구별하는 것이 필요 없고, 용이하게 다이오드 및/또는 스위칭 디바이스와 동일 기판에 저항을 형성할 수 있다. 또한, 반도체장치의 저비용화와 소형 경량화에 기여할 수 있다.
Claims (6)
- 탄화실리콘을 재료로 하는 다이오드 및 스위칭 디바이스 중 적어도 어느 한쪽인 탄화실리콘제 디바이스를 갖는 반도체장치에 있어서,저항 및 콘덴서 중 적어도 어느 한쪽이, 상기 탄화실리콘제 디바이스에 병렬로 접속된 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 탄화실리콘제 디바이스와, 상기 저항 및 콘덴서 중 적어도 어느 한쪽이, 하나의 용기에 수납된 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 용기가, 히트싱크를 더 갖는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 저항 및 콘덴서 중 적어도 어느 한쪽이, 탄화실리콘을 재료로 하는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 탄화실리콘제 디바이스와, 상기 저항 및 콘덴서 중 적어도 어느 한쪽이, 하나의 탄화실리콘 기판에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 저항이, 상기 탄화실리콘제 디바이스에서의 결정결함에 따라서 형성된 것을 특징으로 하는 반도체장치.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001191072A JP2003007832A (ja) | 2001-06-25 | 2001-06-25 | 半導体装置 |
| JPJP-P-2001-00191072 | 2001-06-25 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20030001265A true KR20030001265A (ko) | 2003-01-06 |
Family
ID=19029753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020020033914A KR20030001265A (ko) | 2001-06-25 | 2002-06-18 | 반도체장치 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6696702B2 (ko) |
| JP (1) | JP2003007832A (ko) |
| KR (1) | KR20030001265A (ko) |
| DE (1) | DE10228331A1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4313658B2 (ja) * | 2003-11-28 | 2009-08-12 | 三菱電機株式会社 | インバータ回路 |
| JP4931717B2 (ja) | 2007-07-19 | 2012-05-16 | 信越化学工業株式会社 | リソグラフィー用ペリクルの製造方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5661644A (en) * | 1995-06-21 | 1997-08-26 | Abb Research Ltd. | Converter circuit, circuitry having at least one switching device and circuit module |
| US5767724A (en) * | 1996-02-01 | 1998-06-16 | Ametek Aerospace Products, Inc. | Electronic clamping circuit |
| KR20000022425A (ko) * | 1998-12-30 | 2000-04-25 | 가나이 쓰토무 | 전력변환장치 |
| US6107753A (en) * | 1998-12-18 | 2000-08-22 | Philips Electronics North America Corporation | Radio frequency electronic ballast with integrated power factor correction stage |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05183121A (ja) * | 1991-04-01 | 1993-07-23 | Fujitsu Ltd | 半導体装置とその製造方法 |
| JPH11178353A (ja) | 1997-12-11 | 1999-07-02 | Hitachi Ltd | 共振形インバータ及びそれを用いた電気車 |
| JP3108686B2 (ja) * | 1999-03-10 | 2000-11-13 | 株式会社関西新技術研究所 | 発電システム |
-
2001
- 2001-06-25 JP JP2001191072A patent/JP2003007832A/ja active Pending
-
2002
- 2002-06-06 US US10/162,616 patent/US6696702B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-06-18 KR KR1020020033914A patent/KR20030001265A/ko active IP Right Grant
- 2002-06-25 DE DE10228331A patent/DE10228331A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5661644A (en) * | 1995-06-21 | 1997-08-26 | Abb Research Ltd. | Converter circuit, circuitry having at least one switching device and circuit module |
| US5767724A (en) * | 1996-02-01 | 1998-06-16 | Ametek Aerospace Products, Inc. | Electronic clamping circuit |
| US6107753A (en) * | 1998-12-18 | 2000-08-22 | Philips Electronics North America Corporation | Radio frequency electronic ballast with integrated power factor correction stage |
| KR20000022425A (ko) * | 1998-12-30 | 2000-04-25 | 가나이 쓰토무 | 전력변환장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6696702B2 (en) | 2004-02-24 |
| DE10228331A1 (de) | 2003-01-09 |
| JP2003007832A (ja) | 2003-01-10 |
| US20020195682A1 (en) | 2002-12-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7738226B2 (en) | Integrated snubber device on a semiconductor basis for switching load reduction, voltage limitation and/or oscillation attenuation | |
| JP2772184B2 (ja) | 半導体装置 | |
| WO2013027819A1 (ja) | 半導体モジュール | |
| US20090168471A1 (en) | Circuit device having a free wheeling diode, circuit device and power converter using diodes | |
| US20070040185A1 (en) | Semiconductor device and capacitance regulation circuit | |
| US10818571B2 (en) | Packaging structure for power module | |
| JP7183591B2 (ja) | 半導体装置 | |
| EP3352213B1 (en) | Semiconductor power module comprising graphene | |
| US10325895B2 (en) | Semiconductor module | |
| US20090096503A1 (en) | Semiconductor device comprising a housing containing a triggering unit | |
| JP2010206109A (ja) | 半導体装置及び電力変換装置 | |
| US20190007041A1 (en) | Electrical circuit arrangement with an active discharge circuit | |
| Konrad et al. | New demands on DC link power capacitors | |
| JP2005217167A (ja) | 半導体装置及びそれを用いた電力装置 | |
| US10032732B1 (en) | Semiconductor module arrangement | |
| JP5487645B2 (ja) | 半導体装置及び電力変換装置 | |
| US11631974B2 (en) | Snubber circuit and power semiconductor module with snubber circuit | |
| KR20030001265A (ko) | 반도체장치 | |
| JP5678407B2 (ja) | 半導体装置 | |
| CN108885940B (zh) | 模块 | |
| US11942452B2 (en) | Semiconductor module arrangement | |
| CN114188417A (zh) | 用于抑制振荡的设备 | |
| US11844198B2 (en) | Power module | |
| JP2010192827A (ja) | 半導体装置 | |
| US20190258302A1 (en) | Power supply module |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| NORF | Unpaid initial registration fee |