【摘要】：脈沖功率技術(shù)的不斷進步以及其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展,使得脈沖功率系統(tǒng)對脈沖功率開關(guān)的要求越來越高。碳化硅門極可關(guān)斷晶閘管(SiC gate turn-off thyristor,SiC GTO)是應(yīng)用在脈沖功率領(lǐng)域的一種重要的功率器件,其不僅具有較高的電流處理能力和高阻斷電壓的特性,而且比相同電壓等級的Si基功率器件具有更低的漏電流、導通電阻和更高的工作溫度,非常適合高壓大電流的脈沖功率領(lǐng)域的應(yīng)用。本文對4H-SiC的材料特性、GTO晶閘管的工作原理以及脈沖功率系統(tǒng)進行了介紹和分析,并針對脈沖功率領(lǐng)域的應(yīng)用需求,設(shè)計了一款阻斷電壓為6000V的4H-SiC GTO晶閘管,通過優(yōu)化器件結(jié)構(gòu),使器件具有良好的脈沖放電性能,并且進行了工藝流程的設(shè)計和版圖的繪制。本文的主要內(nèi)容如下:1、介紹了脈沖功率技術(shù)的發(fā)展歷程,理論分析了電容儲能型脈沖放電電路的工作機理,得到了脈沖功率開關(guān)的性能需求,確定了本文中4H-SiC GTO晶閘管的設(shè)計和優(yōu)化的方向為低導通電阻和低開啟延遲時間。分析了4H-SiC的材料特性及相關(guān)的器件仿真模型,研究了4H-SiC GTO晶閘管的器件結(jié)構(gòu)和工作機理,并將多種GTO晶閘管進行了對比分析,對4H-SiC GTO晶閘管有了全面系統(tǒng)的理解,為后續(xù)的器件設(shè)計和優(yōu)化提供了理論支持和指導作用。2、對4H-SiC GTO晶閘管的器件結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能的關(guān)系進行了仿真分析,并經(jīng)過優(yōu)化,確定了元胞及結(jié)終端的結(jié)構(gòu)參數(shù)。元胞和結(jié)終端結(jié)構(gòu)的阻斷電壓均超過了6000V并留有了足夠的裕量;對于有源區(qū)面積為0.5cm~2的器件,在電源電壓為4000V,電容為1.1μF的脈沖放電仿真中,電流峰值為14kA時對應(yīng)的器件導通壓降僅為35.3V。并且考慮了流片單位的工藝能力,完成了器件的工藝流程設(shè)計和版圖繪制。3、通過進一步對4H-SiC GTO晶閘管工作機理的研究,提出了一種具有較高陰極注入效率的新型4H-SiC GTO晶閘管結(jié)構(gòu),其具有很強的導通性能。靜態(tài)導通性能仿真中,當導通電流密度為1000A/cm~2時,該器件的比導通電阻比常規(guī)器件下降了約22.7%;在脈沖電流峰值為14kA,半周期寬度為1μs的脈沖放電仿真中,該器件在峰值電流時對應(yīng)的導通壓降比常規(guī)器件降低了約54.4%。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN34
【圖文】：

Si與4H-SiC的材料特性差異[5]

不同尺寸的4H-SiC晶片中微管缺陷密度的發(fā)展[10]

Cree公司制造的4H-SiCGTO發(fā)展歷程

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前9條

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本文編號：2762677