SiC光控晶閘管的設(shè)計(jì)與可行性分析.pdf

1、光控晶閘管( LTT)利用主電路與控制電路之間的光耦合實(shí)現(xiàn)主、控電路之間的隔離，避免電磁干擾，容易滿足高壓絕緣要求。光控晶閘管的觸發(fā)不需要普通晶閘管的門(mén)極觸發(fā)脈沖變壓器，使裝置的體積縮小，重量減少，可靠性提高。SiC器件耐高溫高壓，對(duì)散熱條件要求不高，使應(yīng)用裝置進(jìn)一步輕量化。
　　 本文借助半導(dǎo)體器件模擬軟件ATLAS論證SiC光控晶閘管的可行性，包括只能用紫外光觸發(fā)的同質(zhì)結(jié)SiC晶閘管和能用非紫外光觸發(fā)的Si/SiC異質(zhì)結(jié)晶閘

2、管。為此首先對(duì)2005年CREE公司研發(fā)的一個(gè)4H-SiC普通晶閘管進(jìn)行了建模分析，對(duì)比模擬結(jié)果和發(fā)表的測(cè)試結(jié)果校驗(yàn)所建模型的正確性。用此模型模擬了等同于晶閘管J2結(jié)的4H-SiC pn結(jié)的光譜響應(yīng)，確定了最靈敏光波長(zhǎng)為350nm。用該pn結(jié)產(chǎn)生的光電流觸發(fā)晶閘管，得到了良好的間接觸發(fā)特性。改晶閘管的普通門(mén)極為光控門(mén)極，確定了4H-SiC紫外光控晶閘管的基本結(jié)構(gòu)，模擬其光觸發(fā)特性并與間接光觸發(fā)特性進(jìn)行比較，結(jié)果表明：直接光觸發(fā)優(yōu)于間接光

3、觸發(fā)，證實(shí)了對(duì)4H-SiC光控晶閘管的建模是正確的。
　　 設(shè)計(jì)了一種門(mén)極為p+-Si/n+-Si/p--4H-SiC異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的4H-SiC光控晶閘管。模擬結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)中能夠產(chǎn)生光電流并導(dǎo)致晶閘管開(kāi)通的主要部分為Si的pn結(jié)。
　　 通過(guò)對(duì)該門(mén)極結(jié)構(gòu)光譜響應(yīng)的模擬，確定使用473nm藍(lán)光作觸發(fā)光。模擬了該異質(zhì)結(jié)光控晶閘管在600K和450K下的光觸發(fā)特性，得到600K下最大正向阻斷電壓4422V，擎住電流37.5A/

4、cm2，最小觸發(fā)光強(qiáng)2μW/cm2，通態(tài)壓降5.23V對(duì)應(yīng)的通態(tài)電流為97.5A/cm2：450K下：最大正向阻斷電壓＞4503V，擎住電流62.5A/cm2，最小觸發(fā)光強(qiáng)0.02μW/cm2，通態(tài)壓降4.79V對(duì)應(yīng)的通態(tài)電流為247.5A/cm2。對(duì)比這兩個(gè)模擬結(jié)果可知：溫度在此范圍內(nèi)的變化對(duì)晶閘管阻斷電壓影響較明顯，但還不會(huì)使其誤觸發(fā)。由此得出結(jié)論：Si/4H-SiC異質(zhì)結(jié)光控晶閘管的可見(jiàn)光觸發(fā)是可行的。
　　 本文還研究了