张昌利[1]2000年在《新型阳极短路环GTO晶闸管》文中认为a）本论文首先从理论上对大功率GTO的基本工作原理进行了详 细的分析，给出了作者用TMA-EMDICI商用器件模拟软件对GTO 关断特性的模拟结果。 b）本论文对影响大电流关断能力的P基区杂质分布，径向扩散浓 度和少子寿命的均匀性以及湿法挖槽的凹槽门极结构进行了 工艺实验研究。结果证明，当阴极-门极结前沿的P基区浓度 C_(pj)控制在1-3×10~17/cm~3范围时，GTO的P基区横向电阻符合二 维关断增益的要求，而且这样的GTO还具备低通态电压和高浪 涌电流的晶闸管(SCR）的良好特性。真空闭管镓扩散的大直 径硅片上扩散参数和少子寿命的分布极不均匀，引起GTO在小 电流下的关断“撇脚”现象，下降时间变长，从而引发个别小 单元的电流集中使GTO烧毁失效。因此本论文作者在国内创新 开发了改进性的锗镓源（Ge-Ga）闭管充气扩散法，从而有效的 改进了径向扩散参数均匀性，实现了GTO的大电流可关断能 西安理工大学博士学位论文 力。 C）本论文在国内创新开发了湿法挖槽的叮 凹槽新工艺，其槽底 非常平坦，槽型可与干法反应离子刻蚀戳）的槽型相媲美。 GTO槽底平坦性要比国外某些公司的“ 槽底平坦性好。从而 提高了GTO压接式封装的可靠性。 d）作者对关断损耗E。；f的分析表明，由于尾部时间为下降时间的 10七0倍，所以尾部电流损耗占关断损耗巳。。的绝大部分。阳 极短路结构不仅能通过降低阳极发射极的注射比而减小a；，而 且能在最佳的短路图形下使存贮的少子电荷通过短路的n”区 排除到达阳极，大大降低尾部电流。 e）我们在国内创新设计了与国外传统阳极短路结构完全不同的 环形阳极短路的1000A”500V大功率叮，尤其考虑了不同短 路环图形及分布对尾部电流It。；l（关断损耗E。。，）及通态特性 的强烈影响。环形阳极短路结构简化了双面光刻的对版工艺， 提高了叮 制造工艺的效率，降低了成本，同时也真正实现了 阳极短路环均匀抽出残余载流子的能力。研究结果证明，将短 路比为 50％的多环短路结构与 12Mev的高能电子辐照相结合， 可获得最小的尾部电流／尾部时间，从而使高温关断能力最强。 f）作者在文中详细讨论了该叮 的制造工艺过程和工艺参数。为 了获得辐照前长而均匀的芯片少子寿命，工艺中首先用改进的 锗嫁一扩获得了20微秒的高寿命值，其后的四次高温氧化采 用了集成电路 IC制造常用的掺氯氧化工艺既三氯己烯门CE）张昌利 新型阳极短路环GTO晶闸管2000年9月 氧化吸收，避兔了普通氧化的少子寿命下降问题。最后一次高 温扩散则采用阳极面的高浓度P吸收，使少子寿命再次提高到 5060微秒左右。同时该高浓度P”又反扩散到凹槽门极处而大 大降低了门极处的横向电阻，提高了关断负门极的抽取能力。 在此长而均匀的寿命基础上，用轻剂量的电子辐照配合阳极短 路，将少子寿命均匀地降低到10d2微秒。 g）作者通过对通态电压VT。和尾部电流It。；l的测试比较，发现短 路比为25％的单环短路图形的元件的通态电压低、擎住电流小。 但它的尾部电流大／尾部时间长，高温 125T时常常发生关断 之后的再导通既关断失败。而短路比为50％的多环结构的元件 尾部电流和尾部时间合适，采用 12Mev高能电子辐照之后，多 环结构的元件尾部电流和尾部时间更小，高温关断能力更好。 h） 本论文作者分析了600A／1800VGT0的门极槽型结构对门极阻 抗和关断能力的影响，在国内创新开发了新颖的“两级门极挖 槽台面结构厂，降低 了 2500A／4500V GTO的动态门极电阻，提 高了大电流叮 元件的使用可靠性。 ）由于高压大电流 2500A八500V GTO在门极关断过程中，门极负 电流流动时，不可避兔地存在着门极自偏压效应什e十iased efkct厂 所以大直径硅片上多圈发射极单元的边缘阴极条关 断必然缓慢，由此作者创新开发了新颖的‘阳极短路补偿环’ 结构。该‘阳极短路补偿环’结构至今还未见在国际电子器件 杂志IEEEED和国际会议上有类似的报导。实验证明，该结构V 西安理工大学博士学位论文 的确能避兔上述的关断非均匀性，从而将邮3．smm阳极短路 GTO的电流关断能力从2000A提高到3000A。j）本论文在国内首次创新研究了用质子辐照来实现叮 的局部 少子寿命控制。作者用SILVACOATLAS模拟软件对新型少子 寿命控制的质子辐照的缺陷复合率、载流子分布进行了精确模 拟。对叮 器件的3MeV、SMeV、7MeV质子辐照进行了实验比 较，找出了低寿命控制区的位置。实验证明，7MeV质子辐照 可使尾部电流降低到电子辐照GTO的25见k
王彩琳[2]2006年在《门极换流晶闸管（GCT）关键技术的研究》文中研究说明门极换流晶闸管(GCT)是在GTO的基础上开发的一种新型大功率半导体器件，有广阔应用的前景，目前在国内尚属空白。本文系统地分析了GCT与GTO在结构、原理和特性以及制作工艺等方面的差异。从p基区、n场阻止(FS)层、透明阳极和隔离技术四个方面入手，利用MEDICI软件模拟分析了GCT的各项特性，提出了三种改进型结构，并对其关键结构参数进行了优化设计。同时，借助ISE-TCAD软件分析了GCT的制作工艺，对其工艺方案进行了实验验证。主要研究内容如下： 首先，研究了GCT击穿机理，结果表明，GCT的击穿实质上是场阻止型(FS)击穿，并非穿通(PT)型击穿，从而指出以往对GCT击穿机理的认识存在局限性。并在此基础上模拟分析了GCT的阻断特性，给出了阻断特性的设计方法及优化的结构参数。 第二，研究了透明阳极的电流输运机理，导出了电子电流密度的表达式，给出发射效率随阳极电流密度变化的关系。透明阳极与普通阳极和短路阳极的特性比较表明，采用透明阳极可以明显改善器件的开关特性。 第三，分析了GCT的结构特点和制作工艺，结果表明，采用常规工艺很难实现透明阳极、FS层及p基区选择性的深扩散。并且，由于RC-GCT中存在结的弯曲效应，使阻断电压下降。针对这些问题，分别提出了注入效率可控的(IEC)GCT结构、沟槽隔离RC-GCT和带p扩散环隔离RC-GCT三种改进结构，不仅可以改善GCT器件的特性，而且可以简化其制作工艺。 第四，分析了GCT与GTO关断机理的差异，提出了一个新的GCT门-阴图形的设计方法。与现有的门-阴极结构相比较，采用新方法设计的门-阴图形在保证开关过程中电流均匀分布的前提下，可以显著增加GCT的阴极有效面积，减小热阻，提高电流容量。 第五，通过工艺分析与模拟，确定了RC-GCT的工艺方案，对带FS层、透明阳极和沟槽隔离的2500V／2000A RC-GCT进行了实验验证，测试结果表明工艺方案可行。提出制作透明阳极和n FS层的工艺新方法，并根据工艺模拟和实验结果确定了A-GCT的工艺实施方案。 最后，研究了RC-GCT中的少子寿命控制问题，指出采用电子辐照和质子辐照相结合的方法可有效控制其中的少子寿命，进一步优化RC-GCT器件的特性。并结合SDB技术在新型电力半导体器件中的应用方法，提出用SDB技术简化GCT制作工艺的新思路。 本文对GCF关键技术的研究成果，对开发国产化GCT器件具有较高的指导意义和实际应用价值。
付凯[3]2010年在《IEC-GCT高温特性研究》文中指出注入效率可控的门极换流晶闸管(IEC-GCT)是在阳极短路型门极可关断晶闸管(SA-GTO)的基础上发展而来的一种新型大功率半导体器件。由于该器件通常工作在高压和大电流下,产生的高功耗使其结温升高,导致器件的特性退化,无法稳定、可靠地运行。所以,研究IEC-GCT器件的高温特性非常重要。本文在分析IEC-GCT的结构、工作原理和室温特性的基础上,重点分析了高温对IEC-GCT特性的影响。首先,建立了高温特性的分析模型,模拟了高温下IEC-GCT的各项特性。然后,采用ANSYS软件模拟了IEC-GCT阳极、阴极的散热情况,提出改善IEC-GCT高温特性的方法。最后,给出了2kA/4.5kV IEC-GCT优化设计的结构参数。主要研究内容如下：首先,简要地分析了IEC-GCT器件的结构特点与工作机理,讨论了关键结构参数对IEC-GCT器件特性的影响。利用ISE软件模拟了IEC-GCT器件常温下的各项特性,并与SA-GTO的特性进行了比较。结果表明,IEC-GCT的导通特性和开通特性有明显改善。第二,研究了高温对IEC-GCT器件关键特性参数的影响。针对IEC-GCT器件工作时产生的各种物理效应,选取了与实际情况接近的物理模型参数,建立了高温特性的分析模型,移植到ISE软件,模拟了高温下器件的静态、动态特性。最后,给出满足2kA/4.5kV要求的IEC-GCT器件优化设计的结构参数。第三,分析了具有波状p基区(Corrugated p-base)IEC-GCT器件的结构特点和工作机理。利用ISE软件模拟分析了具有波状p基区IEC-GCT器件室温和高温下的各项特性,并与常规的IEC-GCT的特性进行了比较。结果表明,具有波状p基区的IEC-GCT器件在导通、开关特性以及反向安全工作区(RBSOA)方面均有所改善。最后,用ANSYS软件模拟了IEC-GCT阳极、阴极的散热情况。结果表明,阳极区需选用合适的导热系数大的材料作为阳极阻挡层；并且,采用梯形门-阴极结构在芯片使用率、电流均匀性及散热等方面均优于矩形门-阴极结构。该研究成果对GCT器件国产化研究和开发有一定参考价值。
戴小平[4]2007年在《3kA/4.5kV大功率GTO关键工艺研究》文中研究指明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／4.5kV GTO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。
参考文献：
[1]. 新型阳极短路环GTO晶闸管[D]. 张昌利. 西安理工大学. 2000
[2]. 门极换流晶闸管（GCT）关键技术的研究[D]. 王彩琳. 西安理工大学. 2006
[3]. IEC-GCT高温特性研究[D]. 付凯. 西安理工大学. 2010
[4]. 3kA/4.5kV大功率GTO关键工艺研究[D]. 戴小平. 中南大学. 2007