2500V大功率普通晶闸管阻断特性研究

摘要

电力电子器件和应用技术的发展已有近50年的历史。经历了从不控、半控器件、到电压型全控器件和功率集成电路等，从最初的硅晶闸管、GTO、功率MOSFET、IGBT、MCT、GCT(GateCommutatedTurn-off)、IEGT(InjectionEnhancedGateTransistor)到HVIC等，器件单元的体积减小了3至4个数量级；大功率器件的开关时间从毫秒级降到了微秒级；变流器的功率水平从微伏安提高到几百兆安；封装与制造技术从单片微电子芯片制造技术直至用到高电压技术。晶闸管也发展至大直径超高耐压水平，使其在电力电子技术领域中得到重要的应用。 在分析晶闸管的阻断原理的基础上重点研究了大功率晶闸管的阻断特性、通态特性及器件的稳定性。在PNPN二极晶闸管模型的基础上，围绕电力电子器件的发展方向和关键技术，讨论分析了晶闸管的阻断机理与耐压能力，同时兼顾器件的通态特性，分析了影响阻断特性的相关因素：少子寿命、浓度分布、基区设计等。研究了晶闸管在结构设计、工艺方法、可靠性技术等方面的阻断特性优化设计方法。本文主要在晶闸管的最小长基区宽度和少子寿命的优化比值变化范围下，讨论了工艺控制与优化结构设计对元件阻断电压的影响。要使阻断电压较高，就必须选择高阻值的单晶硅材料，设计较宽的N1基区。但N1基区越宽，通态压降VT将越大。为了降低VT，常常提高N1区少子寿命τP，但τP过长又会延长晶闸管的恢复时间，不利中频下应用。通过对生产实际中大量的测试数据统计分析、理论验证，确定了改进元件阻断特性的参数设计及工艺方向。协调设计各项参数，使元件能达到较优化的综合特性。

目录

文摘

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1绪论

1.1国内外电力电子元件发展现状

1.2应用领域

1.3本课题研究的内容

2晶闸管的阻断特性与原理

2.1晶闸管的基本结构

2.2晶闸管的工作原理

2.3阻断机理与电流方程

3影响阻断特性因素分析

3.1晶闸管的高温特性

3.2表面造型的影响

3.3 dv/dt效应的影响

4大功率晶闸管的阻断特性设计

4.1晶闸管长基区的优化设计

4.2 P2基区的最小有效宽度Wep2的选取

4.3大功率高压元件设计的基本考虑

5阻断特性设计试验与数据分析

5.1 KP3000A/2500V大功率晶闸管设计参数

5.2器件结构参数的理论设计

5.3工艺实现关键工艺技术

5.4试验1：器件材料参数的选型试验

5.5试验2：器件纵向参数的试验

5.6试验3：产品动态特性分析

6结论

致谢

参考文献