에어로졸 증착법을 이용한 Ga2O3/4H-SiC 쇼트키 다이오드의 전기적 특성 분석
Electrical Characterization of Ga2O3/4H-SiC Schottky Diodes Using Aerosol Deposition Method
김지현(광운대학교); 김예진(광운대학교); 박승현(광운대학교); 박창준(광운대학교); 오종민(광운대학교); 신원호(광운대학교); 박철환(광운대학교); 구상모(광운대학교)
38권 5호, 499~505쪽
초록
Ga2O3은 넓은 밴드갭과 높은 항복 전계를 바탕으로 차세대 전력반도체 소재로 주목받고 있으며, 특히 4H-SiC 기판과의 접합을 통한 구조는 고온 및 고전압 환경에서도 우수한 전기적 특성을 발현할 수 있다. 그러나 Ga2O3은 낮은 열전도도로 인해 열 방출 한계를 가지며, 이를 보완하기 위한 열적 관리 기술 확보가 필요하다. 본 연구에서는 에어로졸 증착법을 이용하여 Ga2O3을 4H-SiC 기판에 증착한 후, Ga2O3 박막 두께 변화(0.8, 1.1, 1.4 μm)에 따른 쇼트키 다이오드의 전기적 특성과 열적 안정성을 평가하였다. 실험 결과, 박막 두께가 증가할수록 턴온 전압, 이상계수, 누설 전류, 항복 전압 등 주요 특성에 뚜렷한 변화를 보였으며, 특히 200℃의 고온 환경에서도 우수한 정류 특성과 낮은 누설전류를 통해 고온 안정성이 확보되었다. 또한 열이온 방출(thermionic emission) 모델을 통해 장벽 높이 및 이상계수의 온도 의존성을 정량적으로 해석하였다. 본 연구는 고열전도성 기판 기반 Ga2O3 전력소자의 최적 설계 및 열적 신뢰성 확보에 기여할 수 있을 것이다.
Abstract
Ga2O3 is an ultra-wide bandgap semiconductor material that offers superior electrical properties for high-voltage power electronics but suffers from poor thermal conductivity compared to conventional semiconductors. To overcome this thermal limitation, we developed Ga2O3/4H-SiC heterojunction Schottky barrier diodes that utilize the high thermal conductivity of SiC substrates. Using the aerosol deposition method, we successfully fabricated devices with different Ga2O3 film thicknesses (0.8-1.4 μm) and achieved exceptional electrical performance with the 0.8 μm device showing a specific on-resistance of 41 mΩ·cm2 and a leakage current as low as 1.26 × 10-10 A/cm2 while maintaining stable operation up to 200°C. The devices demonstrated breakdown voltages reaching 2,365 V and maintained excellent rectification ratios above 1010 even at elevated temperatures. All fabricated devices with different film thicknesses showed consistent high-temperature stability, confirming the effectiveness of the heterojunction approach. These results provide a viable pathway for developing thermally stable, highperformance power devices essential for next-generation electric vehicle and renewable energy applications.
- 발행기관:
- 한국전기전자재료학회
- 분류:
- 전기공학