超高壓4H-SiC GTO晶閘管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、雖然Si晶閘管已成功應(yīng)用多年，但是它的耐壓和dv/dt、di/dt耐量已逐漸逼近Si材料的物理極限，僅依靠Si晶閘管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝的優(yōu)化來(lái)進(jìn)一步提高單個(gè)晶閘管的耐壓潛力已十分有限。隨著SiC體材料的發(fā)展成熟，以SiC材料替代常規(guī)的Si材料，開(kāi)發(fā)SiC晶閘管越來(lái)越引起人們的關(guān)注。為此，本文采用軟件仿真方法，以20kVSiC門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）為例，開(kāi)展超高壓SiCp～GTO晶閘管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究工作，研究器件的開(kāi)通機(jī)制以及溫

2、度和少子壽命對(duì)器件性能的影響。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論為：
　　1.進(jìn)行了20kVSiCGTO晶閘管的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。采用n+-SiC襯底外延形成的p/n/p/p/n穿通型器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果為，p長(zhǎng)基區(qū)的濃度和厚度分別為2×1014cm-3和160μm；p長(zhǎng)基區(qū)和襯底間p+緩沖層的濃度和厚度分別為5×1017cm-3和1.5μm其他外延層結(jié)構(gòu)參數(shù)分別為：p+發(fā)射區(qū)（濃度5×1019cm-3，厚度3.0μm，橫向長(zhǎng)度30μm）、n-短

3、基區(qū)（濃度2×1017cm-3，厚度1.5μm）和n+襯底（濃度2×1019cm-3，厚度350μm）。
　　2.研究了碳化硅GTO晶閘管的開(kāi)通過(guò)程。與硅GTO晶閘管的擴(kuò)展時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于延遲時(shí)間不同，碳化硅GTO晶閘管的延遲時(shí)間和擴(kuò)展時(shí)間屬于同一納秒數(shù)量級(jí)；SiCGTO晶閘管的擴(kuò)展速度（1.64×104cm/s）遠(yuǎn)大于硅GTO晶閘管的擴(kuò)展速度（1×104cm/s），約為1.64倍；SiCGTO晶閘管的擴(kuò)展是受漂移和擴(kuò)散共同作用的。<

4、br>　　3.完成了溫度、壽命對(duì)SiCGTO晶閘管特性影響的研究。溫度升高，碳化硅GTO晶閘管的正向阻斷電壓略微下降，而且在600K的高溫下依然處于正向阻斷模式，無(wú)自觸發(fā)現(xiàn)象。溫度從300K升高到600K，正向壓降（@IAK=100A/cm2）約降低0.42V。溫度從300K升高到500K，開(kāi)通時(shí)間降低約38ns，關(guān)斷時(shí)間增加約78ns。常溫下，長(zhǎng)基區(qū)的少子壽命由1μs增加到5μs，正向壓降降低顯著，當(dāng)少子壽命大于5μs后，正向壓降基本