3kA/4.5kV大功率GTO关键工艺研究

摘要

GTO为自关断器件，应用广泛。本文目的是研究GTO工艺，研制出国产的3kA/4.5kV GTO，作为核心部件，替代进口元件，应用在大功率交流机车上，促进铁道交通运输的发展。 文章主要对3kA/4.5kV GTO器件的关键工艺-离子注入扩散、光刻和挖槽进行了研究试验。在GTO的制造中引入离子注入、微电子光刻及挖槽技术，改善扩散参数的均匀性，提高光刻和挖槽精度，提高GTO的阳极关断电流能力。 研究硼离子注入技术和铝扩散工艺，形成独创的离子注入硼杂质+闭管铝扩散工艺，使GTO芯片的表面浓度均匀性超过了4％，有效解决了铝扩散不到位的问题。开发扩散工艺模拟程序，对扩散过程进行模拟计算，提高对工艺的控制能力，大大节约了研制成本和时间。 研究3kA/4.5kVGTO的精密光刻和挖槽技术，其光刻次数多，精度要求高。根据GTO光刻和挖槽的特点，从光刻机的性能，光刻胶的选用，刻蚀和挖槽工艺改进着手，进行了大量的研究工作，较好地保证了GTO的光刻和挖槽质量。SiO<,2>层腐蚀工艺设计巧妙，挖槽均匀性接近5％，3kA/4.5kV GTO芯片的梳条废条率低于万分之二。 文章对研制出来的GTO进行了静态和动态特性测试，测试结果表明：研制出来的3kA/4.5kV GTO器件开通、关断特性较好，能有效关断3000A的阳极电流，达到了预期目标。3kA/4.5kV GTO样品通过了斩波和逆变应用试验及省级科技鉴定，并获得2006年湖南省科技成果进步二等奖。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外GTO研究现状

1.2.1 GTO的发展状况及国外研究现状

1.2.2国内GTO研究现状

1.3选题背景及意义

1.4本文主要工作及安排

第二章GTO器件的工作原理

2.1 GTO的结构

2.2 GTO的开通原理

2.3 GTO的关断原理

2.4本章小结

第三章3kA/4.5kV GTO扩散工艺研究与模拟

3.1 GTO工艺介绍

3.2掺杂工艺的选择

3.3硼离子注入及推进

3.3.1离子注入介绍及特点

3.3.2硼离子注入及推进扩散

3.4改进的铝闭管扩散

3.4.1闭管铝扩散

3.4.2改进的铝扩散工艺-饱和源扩散

3.5工艺模拟及结果分析

3.5.1工艺模拟的目的和意义

3.5.2扩散工艺模拟

3.5.3模拟结果分析

3.6本章小结

第四章3kA/4.5kV GTO的精密光刻

4.1光刻原理简述

4.2 GTO的光刻特点

4.3光刻机的性能

4.4光刻胶的选用

4.4.1光刻胶的选择

4.4.2光刻胶粘度及涂胶速度的确定

4.5 SiO2刻蚀

4.5.1湿法腐蚀原理

4.5.2准确控制腐蚀温度和时间

4.5.3巧妙设计工艺流程，减少缺陷影响

4.6 SiO2刻蚀试验结果

4.7硅腐蚀挖槽工艺的改进

4.7.1门阴极的“类台面”挖槽结构

4.7.2旋转式湿法挖槽

4.7.3实验结果

4.8本章小结

第五章3kA/4.5kV GTO特性测试

5.1 GTO的主要额定值及符号

5.2 3kA/4.5kV GTO器件特性测试

5.2.1静态特性

5.2.2动态特性

5.3器件特性分析

5.4本章小结

第六章结束语

6.1工作回顾与总结

6.2后续工作展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间主要的研究成果