2500V大功率普通晶閘管阻斷特性研究.pdf

1、電力電子器件和應用技術的發(fā)展已有近50年的歷史。經歷了從不控、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個數量級；大功率器件的開關時間從毫秒級降到了微秒級；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、技術從單片微電子芯片制造技術直至用到高電壓技術。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領域中得到重要的應用。 在分析晶閘管的阻斷原理的基礎上重點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上，圍繞電力電子器件的發(fā)展方向和關鍵技術，討論分析了晶閘管的阻斷機理與耐壓能力，同時兼顧器件的通態(tài)特性，分析了影響阻斷特性的相關因素：少子壽命、濃度分布、基區(qū)設計等。研究了晶閘管在結構設計、

3、工藝方法、可靠性技術等方面的阻斷特性優(yōu)化設計方法。本文主要在晶閘管的最小長基區(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)化結構設計對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，設計較寬的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過長又會延長晶閘管的恢復時間，不利中頻下應用。通過對生產實際中大量的測試數據統(tǒng)計分析、理論驗證，確定了改進元件阻斷特性的參數