注入效率可控型GCT的特性與工藝研究.pdf

1、注入效率可控的門極換流晶閘管(IEC-GCT)，是基于現(xiàn)有短路陽極GTO(SA-GTO)工藝提出的，與GCT有相似注入效率特點且易制作。本文系統(tǒng)分析了IEC-GCT與SA-GTO在結(jié)構(gòu)、機理和特性以及制作工藝等方面的差異。采用ISE-TCAD軟件對器件的常溫和高溫特性進行了數(shù)值模擬，分析了浮置區(qū)阻擋材料的選取原則，提出陽極金屬化實現(xiàn)方案。引入波狀p基區(qū)結(jié)構(gòu)(CP)到IEC-GCT中，對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計。同時，模擬并設(shè)計了基于GT

2、O工藝的IEC-GCT工藝流程，確定了(CP)IEC-GCT的工藝實現(xiàn)方案，進行了關(guān)鍵工藝實驗與分析。主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　首先，研究了IEC-GCT結(jié)構(gòu)的工作機理，模擬并分析了常溫工作特性和高溫工作特性，結(jié)果表明，器件具有GCT透明陽極注入效率特點和類似與GTO的開通特性，其高溫特性受到陽極介質(zhì)層散熱影響。
　　第二，引入波狀p基區(qū)(CP)結(jié)構(gòu)，研究了CP結(jié)構(gòu)IEC-GCT器件的結(jié)構(gòu)特點、工藝實現(xiàn)方法和對器件特性的

3、影響機理;分析了波狀p基區(qū)結(jié)構(gòu)與常規(guī)p基區(qū)IEC-GCT的工作特性差異;結(jié)果表明采用波狀p基區(qū)結(jié)構(gòu)，可以改善IEC-GCT的開關(guān)特性。
　　第三，引入多層金屬化電極，給出了陽極介質(zhì)膜優(yōu)選原則。分析了三層金屬化電極與介質(zhì)膜的熱特性，研究了門陰極熱阻分布情況。分別設(shè)計并優(yōu)化了常規(guī)p基區(qū)IEC-GCT與(CP)IEC-GCT器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并設(shè)計了門陰極和陽極光刻版圖。
　　第四，提出兩種結(jié)構(gòu)IEC-GCT的工藝流程與工藝制作方案

4、。進行了波狀p基區(qū)、多層金屬化和門極挖槽等關(guān)鍵工藝實驗，確定了陰極掩蔽擴AL形成波狀p基區(qū)的工藝條件，確定了Ti/Ni/Ag三層金屬化工藝條件與膜厚，確定了門極挖槽的刻蝕條件。
　　最后，提出并建立了IEC-GCT器件的準(zhǔn)2D結(jié)構(gòu)電路仿真模型，研究并建立了GCT器件各個工作過程的功率損耗模型。模型為應(yīng)用設(shè)計中系統(tǒng)仿真和功耗估計提供幫助。
　　本文探索了IEC-GCT的關(guān)鍵工藝，為基于GTO工藝線制作GCT器件開辟了一條新路徑