波状基区RC-GCT的机理与特性研究

摘要

波状基区RC-GCT是在传统的逆导门极换流晶闸管(RC-GCT)的基础上,引入复合隔离区和波状p基区形成的新型电力半导体器件。由RC-GCT与门极硬驱动电路集成在一起形成的IGCT,实现了器件门极快速换流,降低了电路损耗和成本、减小了设备体积、提高了装置性能。所以,研究波状基区RC-GCT新结构的机理和特性具有重要意义。
　　本文以4.5kV波状基区RC-GCT为例,利用ISE-TACD软件首先研究了器件的工作机理,常温和高温特性,并分析了关键结构参数对特性的影响,提取了最优化结构参数。主要研究内容如下:
　　第一,利用ISE-TCAD软件模拟了器件在正向阻断状态下的二维电场分布和正向导通状态、反向导通状态时的内部载流子分布,以及器件开关过程中不同时刻的载流子分布情况,研究了器件的换流机理。另外模拟了器件中二极管部分的反向恢复特性和换向特性。
　　第二,根据对波状基区RC-GCT器件机理的模拟与分析,研究了器件的正反向的静态特性、动态特性和二极管的反向恢复特性。结果表明,n-基区对阻断特性影响明显;缓冲层是影响器件正向开通和关断的主要因素;器件的反向特性主要受缓冲层厚度和二极管阴极调控区面积的影响。
　　第三,研究了波状基区RC-GCT器件的高温特性。分析了温度对载流子迁移率、寿命等的影响,模拟了温度变化对器件静态、动态特性的影响。高温特性结果表明,大电流密度下,器件的正向压降 UF随温度的增加而增加;器件的正向开通和关断时间变长,拖尾电流增加;
　　最后,研究了不同的隔离方法对器件正向阻断和开关特性的影响,结合器件的工艺和前面对器件常温和高温特性的模拟与分析,提取了满足4500V波状基区RC-GCT特性要求的器件结构参数。
　　本文的研究结果对新型电力半导体器件IGCT的设计和开发有一定的参考价值。

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1 绪论

1.1 电力电子器件的发展历程及趋势

1.2 IGCT的应用前景和国内外进展

1.3 本文的主要工作

2 波状基区RC-GCT工作机理研究

2.1 结构特点

2.2 波状基区RC-GCT的工作机理

2.3 本章小结

3 波状基区RC-GCT的特性分析

3.1 CP-GCT的门极特性

3.2 正向特性

3.3 反向特性

3.4 本章小结

4 波状基区RC-GCT高温特性分析

4.1 门极特性

4.2正向阻断特性

4.3 正向开通特性

4.4 正向关断特性

4.5 反向导通特性

4.6 换向特性

4.7 本章小结

5 波状基区RC-GCT的优化设计

5.1 设计考虑

5.2 隔离区参数的设计

5.3特性比较

5.4 4.5kV 波状基区RC-GCT器件结构参数的提取

5.5 本章小结

6 结论

致谢

参考文献