SiC光控晶閘管的設計與可行性分析.pdf

1、光控晶閘管( LTT)利用主電路與控制電路之間的光耦合實現(xiàn)主、控電路之間的隔離，避免電磁干擾，容易滿足高壓絕緣要求。光控晶閘管的觸發(fā)不需要普通晶閘管的門極觸發(fā)脈沖變壓器，使裝置的體積縮小，重量減少，可靠性提高。SiC器件耐高溫高壓，對散熱條件要求不高，使應用裝置進一步輕量化。
　　 本文借助半導體器件模擬軟件ATLAS論證SiC光控晶閘管的可行性，包括只能用紫外光觸發(fā)的同質結SiC晶閘管和能用非紫外光觸發(fā)的Si/SiC異質結晶閘

2、管。為此首先對2005年CREE公司研發(fā)的一個4H-SiC普通晶閘管進行了建模分析，對比模擬結果和發(fā)表的測試結果校驗所建模型的正確性。用此模型模擬了等同于晶閘管J2結的4H-SiC pn結的光譜響應，確定了最靈敏光波長為350nm。用該pn結產生的光電流觸發(fā)晶閘管，得到了良好的間接觸發(fā)特性。改晶閘管的普通門極為光控門極，確定了4H-SiC紫外光控晶閘管的基本結構，模擬其光觸發(fā)特性并與間接光觸發(fā)特性進行比較，結果表明：直接光觸發(fā)優(yōu)于間接光

3、觸發(fā)，證實了對4H-SiC光控晶閘管的建模是正確的。
　　 設計了一種門極為p+-Si/n+-Si/p--4H-SiC異質結結構的4H-SiC光控晶閘管。模擬結果表明該結構中能夠產生光電流并導致晶閘管開通的主要部分為Si的pn結。
　　 通過對該門極結構光譜響應的模擬，確定使用473nm藍光作觸發(fā)光。模擬了該異質結光控晶閘管在600K和450K下的光觸發(fā)特性，得到600K下最大正向阻斷電壓4422V，擎住電流37.5A/

4、cm2，最小觸發(fā)光強2μW/cm2，通態(tài)壓降5.23V對應的通態(tài)電流為97.5A/cm2：450K下：最大正向阻斷電壓＞4503V，擎住電流62.5A/cm2，最小觸發(fā)光強0.02μW/cm2，通態(tài)壓降4.79V對應的通態(tài)電流為247.5A/cm2。對比這兩個模擬結果可知：溫度在此范圍內的變化對晶閘管阻斷電壓影響較明顯，但還不會使其誤觸發(fā)。由此得出結論：Si/4H-SiC異質結光控晶閘管的可見光觸發(fā)是可行的。
　　 本文還研究了