수직확산형 MOSFET (Vertical Diffused MOSFET)
쉽게 풀면
일반적인 소형 트랜지스터는 전류가 칩 표면을 따라 옆으로 흐르지만, 수직확산형 MOSFET은 표면에서 시작해 칩 아래쪽 기판으로 곧장 흘러내려가는 구조입니다. 세로 방향으로 전류가 흐르면 넓은 단면적을 활용할 수 있어 더 많은 전류를 견딜 수 있고, 두꺼운 기판 두께를 이용해 높은 전압도 버틸 수 있습니다. 확산 공정으로 채널 영역을 형성한다는 뜻에서 '확산형'이라는 이름이 붙었습니다. 전류를 칩 표면이 아니라 위에서 아래로, 즉 수직 방향으로 흘려보내도록 만든 파워 모스펫 구조입니다.
왜 중요한가
수직 구조는 전력용 반도체 소자의 표준적인 설계 방향으로, 전원공급장치, 모터 드라이브, 자동차 전장 등 고전압·대전류가 필요한 응용 분야에서 널리 쓰이기 때문에 전력전자 소자 설계의 기초로서 중요하게 다뤄집니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
VDMOS 설계에서 흔히 다뤄지는 내압-저항 절충 관계를 설명하는 예문입니다.
실제 시험 제작된 VDMOS 소자의 특성을 보고하는 예문입니다.
조금 더 깊게 보면
VDMOS는 표면에 게이트와 소스를 배치하고 드레인을 기판 하부에 두는 구조가 일반적이며, 채널 아래에 상대적으로 저농도로 도핑된 드리프트 영역을 두어 내압을 확보합니다. 이 드리프트 영역의 두께와 도핑 농도가 내압과 온저항을 동시에 결정하는 핵심 설계 변수입니다. 이중 확산 공정으로 채널 길이를 짧고 정밀하게 조절하면서도 아래쪽의 두꺼운 드리프트 영역이 고전압을 감당하도록 분리해, 짧은 채널에 따른 빠른 스위칭과 두꺼운 드리프트 영역에 따른 높은 항복전압을 동시에 만족시킵니다.
주의할 점
내압을 높이기 위해 드리프트 영역을 두껍게 하면 온저항이 함께 증가하는 근본적인 트레이드오프가 있어, 이를 완화하기 위해 트렌치게이트나 슈퍼정션 같은 대안 구조가 함께 연구됩니다.
항복전압을 높이기 위해 드리프트 영역을 두껍게 할수록 온저항이 함께 증가하는 근본적인 트레이드오프가 있어, 고전압 응용에서는 트렌치나 슈퍼정션 같은 대체 구조가 함께 검토됩니다.