發(fā)布時間：2021-11-06 15:48

　　集成門極換流晶閘管（IGCT）是一種高壓、大電流的電力半導(dǎo)體器件,在大功率領(lǐng)域已得到廣泛使用。但由于IGCT的關(guān)斷需要借助很強的電流脈沖來控制,導(dǎo)致其門極驅(qū)動電路很復(fù)雜。為了降低驅(qū)動電路的復(fù)雜度,本文提出了一種溝槽柵MOS-GCT結(jié)構(gòu),將溝槽pMOS管集成在GCT器件內(nèi)部,以實現(xiàn)電壓控制型的關(guān)斷,從而簡化驅(qū)動電路并縮小其體積。以4.5kV溝槽柵MOS-GCT為例,主要研究其工作機(jī)理、電學(xué)特性及其影響因素,并對其制作工藝進(jìn)行了仿真分析。主要研究內(nèi)容如下:首先,分析溝槽柵MOS-GCT的結(jié)構(gòu)特點與工作原理,利用T-CAD軟件對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模仿真,研究了新器件的阻斷、導(dǎo)通及開關(guān)機(jī)理及其寄生的pnp管和集成pMOS管效應(yīng)。結(jié)果表明,通過在集成pMOS管上加負(fù)柵壓來實現(xiàn)器件的快速關(guān)斷,但阻斷時必須施加負(fù)柵壓為漏電流提供通路。其次,研究溝槽柵MOS-GCT的阻斷、導(dǎo)通及開關(guān)特性,分析n-基區(qū)、p基區(qū)、n輔助層等結(jié)構(gòu)參數(shù)對器件各項特性的影響;在此基礎(chǔ)上研究了載流子壽命、溫度變化以及過電應(yīng)力條件對器件靜、動態(tài)特性的影響,提取了優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)果表明,p基區(qū)、n輔助層的濃度和厚度是影響器件特性的敏感... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

非對稱GCT、逆導(dǎo)

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文2降低。（a）非對稱GCT（b）逆導(dǎo)GCT（c）雙門極GCT圖1-1非對稱GCT、逆導(dǎo)GCT及雙門極GCTFig.1-1AsymmetricGCT,reverseGCTanddual-gateGCT2007年ABB公司提出了波狀基區(qū)GCT，如圖1-2（a）所示，p基區(qū)由兩部分構(gòu)成，一部分是常規(guī)p基區(qū)，另一部分通過掩蔽在陰極區(qū)下方形成波狀基區(qū)。這樣使得J2結(jié)的結(jié)面不再是個平面結(jié)，而是呈波紋狀。波狀基區(qū)GCT可以提高GCT的電壓容量并改善其反偏安全工作區(qū)[15]。2009年德美研發(fā)了雙芯GCT，如圖1-2（b）所示，它在同一個元胞內(nèi)設(shè)置了兩個材料物理參數(shù)不同的GCT，背面為GCT-A與GCT-B共同的陽極，正面設(shè)置了陰極和門極。雙芯GCT的開通與關(guān)斷利用不同的門極來控制，GCT-A采用中心門極來控制開通，GCT-B采用環(huán)形門極來控制關(guān)斷。由于GCT-A的通態(tài)壓降較低，GCT-B的關(guān)斷能耗較低，由兩者并聯(lián)形成的雙芯GCT同時具有低的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，節(jié)約了封裝成本[16]。（a）波狀基區(qū)GCT（b）雙芯GCT圖1-2波狀基區(qū)GCT和雙芯GCTFig.1-2CorrugatedbaseGCTanddual-coreGCT2012年ABB公司提出雙模式逆導(dǎo)GCT[17]，如圖1-3（a）、（b）所示，將GCT與二極管以不同的排列方式集成在同一個硅片上，與普通逆導(dǎo)型GCT不同，它將二極管的陽極與GCT的陰極交叉形成叉指狀，由于背面有p+和n+區(qū)域，使得漏電流更小，二極管的反向恢復(fù)更軟。同時提高了熱阻，改善了電流能力。當(dāng)BGCT中GCT﹕Diode的數(shù)量比為3﹕1時，硅片利用率達(dá)到最佳。在提出BGCT之后，2015年NeophytosLophitis等人發(fā)表了文章，表明此結(jié)構(gòu)的每個二極管的截面呈三角形分布時芯片面積占用率大，并且

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文2降低。（a）非對稱GCT（b）逆導(dǎo)GCT（c）雙門極GCT圖1-1非對稱GCT、逆導(dǎo)GCT及雙門極GCTFig.1-1AsymmetricGCT,reverseGCTanddual-gateGCT2007年ABB公司提出了波狀基區(qū)GCT，如圖1-2（a）所示，p基區(qū)由兩部分構(gòu)成，一部分是常規(guī)p基區(qū)，另一部分通過掩蔽在陰極區(qū)下方形成波狀基區(qū)。這樣使得J2結(jié)的結(jié)面不再是個平面結(jié)，而是呈波紋狀。波狀基區(qū)GCT可以提高GCT的電壓容量并改善其反偏安全工作區(qū)[15]。2009年德美研發(fā)了雙芯GCT，如圖1-2（b）所示，它在同一個元胞內(nèi)設(shè)置了兩個材料物理參數(shù)不同的GCT，背面為GCT-A與GCT-B共同的陽極，正面設(shè)置了陰極和門極。雙芯GCT的開通與關(guān)斷利用不同的門極來控制，GCT-A采用中心門極來控制開通，GCT-B采用環(huán)形門極來控制關(guān)斷。由于GCT-A的通態(tài)壓降較低，GCT-B的關(guān)斷能耗較低，由兩者并聯(lián)形成的雙芯GCT同時具有低的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，節(jié)約了封裝成本[16]。（a）波狀基區(qū)GCT（b）雙芯GCT圖1-2波狀基區(qū)GCT和雙芯GCTFig.1-2CorrugatedbaseGCTanddual-coreGCT2012年ABB公司提出雙模式逆導(dǎo)GCT[17]，如圖1-3（a）、（b）所示，將GCT與二極管以不同的排列方式集成在同一個硅片上，與普通逆導(dǎo)型GCT不同，它將二極管的陽極與GCT的陰極交叉形成叉指狀，由于背面有p+和n+區(qū)域，使得漏電流更小，二極管的反向恢復(fù)更軟。同時提高了熱阻，改善了電流能力。當(dāng)BGCT中GCT﹕Diode的數(shù)量比為3﹕1時，硅片利用率達(dá)到最佳。在提出BGCT之后，2015年NeophytosLophitis等人發(fā)表了文章，表明此結(jié)構(gòu)的每個二極管的截面呈三角形分布時芯片面積占用率大，并且

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]IGCT載流子壽命分布特性及參數(shù)提取方法研究[J]. 周亞星,陳芳林,王佳蕊,孔力.  電工電能新技術(shù). 2020(02)
[2]第五屆全國新型半導(dǎo)體功率器件及應(yīng)用技術(shù)研討會[J].   微納電子技術(shù). 2019(11)
[3]IGCT關(guān)斷暫態(tài)溫度特性及其電熱模型[J]. 周亞星,衛(wèi)煒,王佳蕊,孔力.  電工電能新技術(shù). 2020(04)
[4]船用中壓變頻器電氣間隙和爬電距離的應(yīng)用研究[J]. 代科,鄭海濱,尹傳濤,李潔.  船電技術(shù). 2018(11)
[5]IGCT在直流電網(wǎng)中的應(yīng)用展望[J]. 曾嶸,趙彪,余占清,宋強,黃瑜瓏,陳政宇,劉佳鵬,周文鵬,呂綱.  中國電機(jī)工程學(xué)報. 2018(15)
[6]5 kA/4.5 kV IGCT器件特性研究[J]. 陳勇民,顏驥,陳芳林,唐龍谷.  電力電子技術(shù). 2018(04)
[7]電力電子新器件及其應(yīng)用技術(shù)[J]. 王峰瀛.  工程技術(shù)研究. 2018(04)
[8]IGBT結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)展與展望[J]. 李碧姍,王昭,董妮.  電子與封裝. 2018(02)
[9]FRD局域壽命控制技術(shù)的仿真研究[J]. 閆娜,關(guān)艷霞,宮興.  集成電路應(yīng)用. 2018(02)
[10]IGBT:創(chuàng)新與發(fā)展[J]. 馮江華.  大功率變流技術(shù). 2017(05)

碩士論文
[1]MOS-GCT的關(guān)斷機(jī)理與特性分析[D]. 曹康妮.西安理工大學(xué) 2018
[2]新型功率器件關(guān)鍵技術(shù)的研究[D]. 孫旭.電子科技大學(xué) 2018



本文編號：3480102