4H-SiC光触发晶闸管新结构研究
发布时间：2021-06-25 18:39
第三代半导体材料碳化硅（SiC）具有禁带宽度大、热导率高、临界雪崩击穿电场强度高、饱和载流子漂移速度大等优点,是制作高温、大功率、抗辐射电力电子器件的理想材料之一。作为电力电子器件,SiC光触发晶闸管（LTT）在简化驱动电路、提升抗电磁干扰能力等方面具有极大优势。经多年发展,国内外SiC LTT的研究工工作已取得可喜成绩。但与硅（Si）材料不同,常温下p型重掺SiC存在受主杂质电离率低的特点,由此导致的SiC p+n结空穴低注入现象对SiC LTT性能的影响及作用机制的研究鲜有报道。为此,本文在系统分析SiC LTT的基本结构、工作原理与电学特性基础上,通过建立4H-SiC LTT数值仿真模型,对SiC LTT空穴低注入现象的形成机理及不良影响进行了系统的研究,以改善器件性能为目标,开展了4H-SiC LTT新结构的理论与实验研究工作。主要研究内容和成果如下:1.开展了SiC LTT p+n发射结空穴低注入现象的成因及其对SiC LTT器件性能的影响的仿真研究工作。研究表明,p+n发射结空穴低注入现象对p长基区SiCLTT的不良影响主要表现在最小触发光强与开通延迟时间方面:对n长基区S...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
报道的2.6kV4H-SiCLTT光触发过程中的电流波形
3（a） （b）图 1-2 （a）报道的 UV LEDs 触发的 4H-SiC LTT（b）报道的触发光功率密度与 4H-SiC LTT 开通延迟时间的关系[46]Fig. 1-2 (a) Reported 4H-SiC LTT triggered by UV LEDs. (b) Reported relations between triggering lightintensity and turn-on delay time of 4H-SiC LTT.
西安理工大学博士学位论文2012 年，M. E. Levinshtein 团队报道了 4H-SiC LTT 方面的最新研究成果[49, 50]，首次研制出具有放大门极结构的 4H-SiC LTT 芯片，耐压高达 12kV，通流达 100A，其结构示意图及版图如图 1-3 所示。该团队将 SiC LTT 与 SiC GTO 进行了集成，其中 LTT 位于芯片中央 2.2mm×2.2mm 的方形区域，GTO 位于 LTT 与终端结构之间的方形环状区域，LT的阳极与 GTO 的门极通过互连金属实现连通，形成了具有放大门极的 4H-SiC LTT。其在研发芯片的基础上，还对 SiC LTT 的开通机制以及开通过程中的过热现象进行了研究[51]M. E. Levinshtein 团队所研制的 SiC LTT 不同于传统 Si 基带放大门极的 LTT，由于该芯片主器件区域按 GTO 规则进行设计，在开通时具有更快的扩展速度，因此更似集成有 LTT的 SiC GTO，这为发展快速大电流超高压 4H-SiC LTT 提供了可行的技术方案。同年，NDheilly 团队也报道了 SiC LTT 刻蚀终端方面的研究成果，提出免离子注入工艺的 4H-SiCLTT 方案，为超高压 SiC LTT 制造工艺的简化与性能的提升做出重要贡献[52]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Shortening turn-on delay of SiC light triggered thyristor by7-shaped thin n-base doping profile[J]. 王曦,蒲红斌,刘青,安丽琪. Chinese Physics B. 2018(10)
[2]4H-Si C monolithic Darlington transistors with slight current gain drop at high collector current density[J]. YUAN Lei,SONG QingWen,TANG XiaoYan,ZHANG HongPeng,ZHANG YiMeng,YANG Fei,GUO LiXin,ZHANG YiMen,ZHANG YuMing. Science China（Technological Sciences）. 2018(08)
[3]Injection modulation of p+-n emitter junction in 4H-SiC light triggered thyristor by double-deck thin n-base[J]. 王曦,蒲红斌,刘青,陈春兰,陈治明. Chinese Physics B. 2017(10)
[4]SiC GTO晶闸管技术现状及发展[J]. 王俊,张渊,李宗鉴,邓林峰. 大功率变流技术. 2016(05)
[5]大功率4H-SiC GTO晶闸管研究[J]. 雷海峰,金锐,温家良,刘明光. 电力电子技术. 2011(12)
[6]SiC晶闸管的光触发可行性[J]. 刘文涛,陈治明. 电力电子技术. 2011(04)
硕士论文
[1]NiO/SiC异质结的制备及其光电特性的研究[D]. 胡丹丹.西安理工大学 2018
[2]超高压4H-SiC GTO晶闸管的结构优化设计[D]. 刘青.西安理工大学 2017
[3]6500V碳化硅发射极关断晶闸管仿真和特性的研究[D]. 张渊.湖南大学 2017
[4]基于4H-SiC的缓变基区BJT外延工艺研究[D]. 张晓朋.西安电子科技大学 2012
本文编号：3249739
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
报道的2.6kV4H-SiCLTT光触发过程中的电流波形
3（a） （b）图 1-2 （a）报道的 UV LEDs 触发的 4H-SiC LTT（b）报道的触发光功率密度与 4H-SiC LTT 开通延迟时间的关系[46]Fig. 1-2 (a) Reported 4H-SiC LTT triggered by UV LEDs. (b) Reported relations between triggering lightintensity and turn-on delay time of 4H-SiC LTT.
西安理工大学博士学位论文2012 年，M. E. Levinshtein 团队报道了 4H-SiC LTT 方面的最新研究成果[49, 50]，首次研制出具有放大门极结构的 4H-SiC LTT 芯片，耐压高达 12kV，通流达 100A，其结构示意图及版图如图 1-3 所示。该团队将 SiC LTT 与 SiC GTO 进行了集成，其中 LTT 位于芯片中央 2.2mm×2.2mm 的方形区域，GTO 位于 LTT 与终端结构之间的方形环状区域，LT的阳极与 GTO 的门极通过互连金属实现连通，形成了具有放大门极的 4H-SiC LTT。其在研发芯片的基础上，还对 SiC LTT 的开通机制以及开通过程中的过热现象进行了研究[51]M. E. Levinshtein 团队所研制的 SiC LTT 不同于传统 Si 基带放大门极的 LTT，由于该芯片主器件区域按 GTO 规则进行设计，在开通时具有更快的扩展速度，因此更似集成有 LTT的 SiC GTO，这为发展快速大电流超高压 4H-SiC LTT 提供了可行的技术方案。同年，NDheilly 团队也报道了 SiC LTT 刻蚀终端方面的研究成果，提出免离子注入工艺的 4H-SiCLTT 方案，为超高压 SiC LTT 制造工艺的简化与性能的提升做出重要贡献[52]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Shortening turn-on delay of SiC light triggered thyristor by7-shaped thin n-base doping profile[J]. 王曦,蒲红斌,刘青,安丽琪. Chinese Physics B. 2018(10)
[2]4H-Si C monolithic Darlington transistors with slight current gain drop at high collector current density[J]. YUAN Lei,SONG QingWen,TANG XiaoYan,ZHANG HongPeng,ZHANG YiMeng,YANG Fei,GUO LiXin,ZHANG YiMen,ZHANG YuMing. Science China（Technological Sciences）. 2018(08)
[3]Injection modulation of p+-n emitter junction in 4H-SiC light triggered thyristor by double-deck thin n-base[J]. 王曦,蒲红斌,刘青,陈春兰,陈治明. Chinese Physics B. 2017(10)
[4]SiC GTO晶闸管技术现状及发展[J]. 王俊,张渊,李宗鉴,邓林峰. 大功率变流技术. 2016(05)
[5]大功率4H-SiC GTO晶闸管研究[J]. 雷海峰,金锐,温家良,刘明光. 电力电子技术. 2011(12)
[6]SiC晶闸管的光触发可行性[J]. 刘文涛,陈治明. 电力电子技术. 2011(04)
硕士论文
[1]NiO/SiC异质结的制备及其光电特性的研究[D]. 胡丹丹.西安理工大学 2018
[2]超高压4H-SiC GTO晶闸管的结构优化设计[D]. 刘青.西安理工大学 2017
[3]6500V碳化硅发射极关断晶闸管仿真和特性的研究[D]. 张渊.湖南大学 2017
[4]基于4H-SiC的缓变基区BJT外延工艺研究[D]. 张晓朋.西安电子科技大学 2012
本文编号：3249739
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