电力半导体器件的研制

回顾了株洲电力机车研究所半导体厂开发大功率半导体器件的历史，简要介绍了几次重要的研究开发活动及引进工作，并对今后几年的工作作了展望。

电力半导体器件的发展及现状

讨论变流技术中采用的几种电力半导体器件的发展及现状，指出在今后几年中对我国交流技术影响最大的电力半导体器件是品闸管、ＩＧＢＴ和ＭＯＳＦＥＴ。

国内简讯

变流技术国家工程研究中心 1995年4月12日国家计委正式批复,同意依托铁道部株洲电力机车研究所建设“交流技术国家工程研究中心”。 该项目主要任务是围绕交流技术的成龙配套,针对50～500 kVA电压型交—直—交交频器、500～800 kVA直—交交流装置的关键技术,开展主电路和控制电路的优化,形成通用变频和交流系列产品,开发微电子自动控制,加速大功率、高频率电力器件的应用,向机电、冶金、化工、造纸等行业推广成套工艺设计技术,并提供制造。

碳化硅——未来电力半导体材料

在未来10年间,碳化硅(SiC)将崭露头角,甚至取代硅成为电力半导体器件,特别是500 V 以上器件的材料。SiC电力器件的损耗特别低,而使用温度却比硅器件高得多。

日立公司逆变器控制技术的最新开发动向

介绍日立公司在机车动车逆变器控制方面的最新研究动向。例如 ,能对电机转矩进行快速、精确控制的矢量控制 ;能在各种条件下保证机车加减速性能的高粘着控制 ;利用 IGBT的特长 ,能进一步降低噪声的全区异步调制和频谱扩散控制以及机车控制必须的无脉动控制等。通过图表 ,对这些控制方式的构成和特点作了具体阐述。随着控制技术的提高 ,相应还开发了具有高速运算能力和信息快速传递功能的控制装置 ,文章对此也作了简要说明。

静电感应(SI)器件

介绍静电感应器件的作用原理、特点与开发现状;举例介绍常闭型SIT、常开型SITH的特性并对今后的推广应用作了简要展望。

4500V强注入型绝缘栅双极晶体管(IEGT)

首次提出了一种新型的MOS门极晶体管结构IEGT,由于增强了电子的注入,载流子分布与晶闸管相似,器件电压达4 500V时仍能保持低的正向压降。 根据简单的一维模型分析可以相当精确地预测电流电压曲线并阐述适用于IEGT运行的新设计方法。 所做出的4 500V IEGT在100 A/cm^2下的正向压降只有2.5 V,而在该压降下,IEGT的电流密度是普通挖槽门极IGBT的10倍以上。 理论与实验均证实了IEGT的运行模式。

变频驱动用电力半导体器件

电力半导体技术的进步是变频电机驱动特性提高的驱动力。MOS栅极电力半导体器件的开发,实现了用很小输入功率控制很大能量的愿望,降低损耗、改善二极管特性以满足高频应用也是很重要的。MOS栅极电力开关器件的诞生又引出了智能电力技术,已有可能大批生产出具有的内置诊断和保护功能的很紧凑的系统。现在的电力半导体芯片都是用硅制造的,但最新的研究分析指出,从长远看用碳化硅制造的器件,又有完全取代硅器件的趋势。

直流电压阻断期间GTO失效模型分析

在直流电压阻断期间GTO会突然失效,而在失效前却没有漏电流增加。根据各种实验及分析,我们证实GTO的失效是由海平面上宇宙射线引起的。改进后的GTO,其失效率降低了1个数量级以上。

IGBT和MCT非破坏性RBSOA的测量方法

推出IGBT和MCT非破坏性检验方法并确定出相应的RBSOA。我们观察到IGBT和MCT的关系击穿特性与双极型晶体管(BJT)有很大差异。寄生晶体管的雪崩击穿引起IGBT和MCT动态电压阻断能力下降。

半导体碳化硅的进展

SiC是禁带宽度很大的半导体,是具有许多优异性能的材料。特别是SiC绝缘击穿场强高出Si 1个数量级,有可能制出大容量、低损耗的功率器件,因而潜藏着取代Si器件的可能性。近年来随着SiC结晶生长技术的显著进步,以实现半导体器件而进行的研究开发日见活跃。本文在简要介绍SiC的物理特性及晶体生长技术后,重点介绍有关SiC器件的最新进展动向。

SiC功率器件对未来电力变流器的影响

SiC是一种宽禁带的半导体材料,具有许多优异的物理特性。由于单晶生产技术的进步,开发SiC功率器件已进入具体实施阶段。本文是作者在日本电气学会上的特邀演讲,介绍电力变流器的现状及发展趋势,并预测SiC功率器件对未来电力交流器的影响。