2500V大功率普通晶閘管阻斷特性研究.pdf

1、電力電子器件和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展已有近50年的歷史。經(jīng)歷了從不控、半控器件、到電壓型全控器件和功率集成電路等，從最初的硅晶閘管、GTO、功率MOSFET、IGBT、MCT、GCT(GateCommutatedTurn-off)、IEGT(InjectionEnhancedGateTransistor)到HVIC等，器件單元的體積減小了3至4個(gè)數(shù)量級(jí)；大功率器件的開(kāi)關(guān)時(shí)間從毫秒級(jí)降到了微秒級(jí)；變流器的功率水平從微伏安提高到幾百兆安；封裝與制造

2、技術(shù)從單片微電子芯片制造技術(shù)直至用到高電壓技術(shù)。晶閘管也發(fā)展至大直徑超高耐壓水平，使其在電力電子技術(shù)領(lǐng)域中得到重要的應(yīng)用。 在分析晶閘管的阻斷原理的基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究了大功率晶閘管的阻斷特性、通態(tài)特性及器件的穩(wěn)定性。在PNPN二極晶閘管模型的基礎(chǔ)上，圍繞電力電子器件的發(fā)展方向和關(guān)鍵技術(shù)，討論分析了晶閘管的阻斷機(jī)理與耐壓能力，同時(shí)兼顧器件的通態(tài)特性，分析了影響阻斷特性的相關(guān)因素：少子壽命、濃度分布、基區(qū)設(shè)計(jì)等。研究了晶閘管在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、

3、工藝方法、可靠性技術(shù)等方面的阻斷特性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。本文主要在晶閘管的最小長(zhǎng)基區(qū)寬度和少子壽命的優(yōu)化比值變化范圍下，討論了工藝控制與優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)元件阻斷電壓的影響。要使阻斷電壓較高，就必須選擇高阻值的單晶硅材料，設(shè)計(jì)較寬的N1基區(qū)。但N1基區(qū)越寬，通態(tài)壓降VT將越大。為了降低VT，常常提高N1區(qū)少子壽命τP，但τP過(guò)長(zhǎng)又會(huì)延長(zhǎng)晶閘管的恢復(fù)時(shí)間，不利中頻下應(yīng)用。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)實(shí)際中大量的測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、理論驗(yàn)證，確定了改進(jìn)元件阻斷特性的參數(shù)