MOS控制晶闸管的三重扩散工艺研究

本文对ＭＣＴ的核心工艺──三重扩散工艺进行了详细研究。通过ＳＵＰＲＥＭ—Ⅲ计算机工艺仿真，获得了三重扩散的工艺条件。对三重扩散实验样品进行的扩展电阻、磨角以及四探针方块电阻测试表明：获得了优化的器件设计和研制条件。本文设计并成功研制的新结构ＤＯＦＭ－ＣＴ器件，其电流可控能力达１３４Ａ／ｃｍ２。

低导通压降MOS控制晶闸管的研制

基于6英寸(1英寸≈2.54 cm)半导体工艺平台研制了一款低导通压降的MOS控制晶闸管(MCT)。通过对MCT正向阻断状态和导通状态的理论分析,阐述p基区结构参数影响正向阻断特性和导通特性的机理。采用Silvaco TCAD软件建立静态特性模型并进行p基区结构参数仿真设计,得到最优掺杂浓度和厚度。结合仿真结果指导工艺参数优化制备MCT芯片,并对封装后器件性能进行了测试。测试结果表明,优化后器件正向阻断电压超过1600 V,脉冲峰值阳极电流为3640 A,导通压降在满足2.0 V设计值的基础上降低至1.7 V,正向阻断特性和导通特性均得到提高。

基于MOS控制晶闸管的高压电容放电特性

为了研究国产金属氧化物半导体(MOS)控制晶闸管(Metal?Oxide?Semiconductor controlled thyristor,MCT)与高压陶瓷电容组成的电容放电单元(Capacitor Discharge Unit,CDU)的放电特性,设计制备出体积为40 mm(L)×25 mm(W)×8 mm(H)的CDU,其回路电感约10 nH,电阻约100 mΩ。首先分析了CDU回路的R-L-C零输入响应方程,采用CDU负载短路放电实验进行验证,研究发现随着电容值的增大,CDU的峰值电流、峰值电流上升时间、高压电容的放电时间等关键参数均增大;随着放电电压的升高,峰值电流增大,峰值电流上升时间不变。采用微型爆炸箔芯片(Cu桥箔35 mΩ)和硼/硝酸钾(Boron?Potassium Nitrate,BPN)点火药(硼粉/1.50μm,压药密度/1.57 g·cm^(-3))验证了CDU的作用效能,在0.36μF/1.20 kV下,测得回路峰值电流2.032 kA,桥箔两端电压0.9273 kV,峰值电流、电压延迟时间32.4 ns,爆发点时刻168.2 ns,爆发点功率1.490 MW,且CDU能可靠进行BPN的飞片冲击点火。结果表明,基于国产MCT和高压陶瓷电容的CDU基本适用于爆炸箔起爆器等脉冲大电流激发火工品,但其综合性能仍需改进。

金属氧化物半导体控制晶闸管的di/dt优化

金属氧化物半导体控制晶闸管（MCT）相比于绝缘栅双极型晶体管（IGBT）具有高电流密度、低导通压降和快速开启等优势,在高压脉冲功率领域具有广阔的应用前景。作为脉冲功率开关,MCT开启过程对输出脉冲信号质量有很大影响。采用理论分析并结合仿真优化重点研究了MCT开启瞬态特性。通过对MCT开启过程进行详细地理论分析推导,给出了MCT开启过程中阳极电流和上升时间的表达式。结合Sentaurus TCAD仿真优化,将MCT开启过程中电流上升速率（di/dt）由40 kA/s提升至80 kA/s,极大地改善了器件开启瞬态特性。最后,总结提出了提高器件开启瞬间di/dt的设计途径。

10A/500V MCT器件的研制

本文叙述了新型功率器件MCT(MOS控制晶闸管)的结构设计、工艺流程及实施方法。西安徽电子研究所采用扩散、硅栅自对准工艺和多层介质隔离等技术制成MCT样品。测试结果表明,其在20V的栅压下能在4μs内关断50A/cm^2的阴极电流。

具有双n^+发射区的MCT

提出一种新型的ＭＯＳ控制晶闸管结构ＤＮＭＣＴ器件。该器件同ＭＣＴ相比减弱了寄生ＪＦＥＴ效应， 并利用ＰＩＳＣＥＳ－ＩＩＢ器件模拟软件验证ＤＮＭＣＴ具有较好的正向导通电流－电压特性。该结构在一定程度上可缓解器件开关速度与导通压降之间的矛盾。

新型功率器件MCT关断模型的研究

介绍了新型功率器件MCT(MOS控制晶闸管)的基本结构,工作原理详细地探讨了MCT在关断情况下的建模,采用状态空间分析法推导出了MCT的可关断的最大电流与其结构的关系。

电力半导体器件的现状及发展趋势

叙述了电力半导体器件在电力电子装置中的作用，略述了各种双极型电力半导体器件和ＭＯＳ结构电力半导体器件的主要静、动态特性、目前水平、存在问题及发展趋势。简述了功率ＩＣ，新型半导体材料对发展新型高压、大电流、快速、高温功率器件的作用。提出了高压、大电流、高频、模块化和组件化是电力半导体器件今后发展的方向。

硅直接键合(SDB)技术在新型电力电子器件应用中的新进展

综述了硅直接键合(SDB)技术在绝缘栅双极晶体管(IGBT)、静电感应晶闸管(SITH)及MOS控制可关断晶闸管(MTO)等器件中的新应用,说明了SDB技术在新型电力电子器件应用中的新方法和新思路。在此基础上,提出了用SDB技术制作集成门极换流晶闸管(IGCT)和集成门极双晶体管(IGDT)的设想,并给出了相应的工艺方案。