一种具有高电流能力的雪崩触发栅控晶闸管
作者:
作者单位:

电子科技大学 集成电路科学与工程学院,四川 成都 610054

作者简介:

孙新淇(2000-),男,在读硕士研究生,主要研究方向为功率半导体器件.email:202221020412@std.uestc.edu.cn.
杨禹霄(2000-),男,在读博士研究生,主要研究方向为功率半导体器件、功率集成电路.
邓时雨(2000-),男,在读硕士研究生,主要研究方向为功率半导体器件.
陈资文(1997-),男,在读博士研究生,主要研究方向为碳化硅功率器件设计.
刘 超(1992-),男,博士,副教授,主要研究方向为功率半导体器件、宽禁带功率半导体、脉冲功率器件及系统应用.
孙瑞泽(1989-),男,博士,副教授,主要研究方向为功率半导体器件、宽禁带功率半导体、脉冲功率器件及系统应用.
陈万军(1978-),男,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为功率半导体器件、宽禁带功率半导体、脉冲功率器件及系统应用、功率集成电路等.

通讯作者:

陈万军(1978-),男,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为功率半导体器件、宽禁带功率半导体、脉冲功率器件及系统应用、功率集成电路等. email:wjchen@uestc.edu.cn

基金项目:

国家自然科学基金资助项目(U21A20499;62334003)

伦理声明:



A novel Avalanche Trigger MCT with high current capacity
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Affiliation:

School of Integrated Circuit Science and Engineering,University of Electronic Science and Technology of China,Chengdu Sichuan 610054,China

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    摘要:

    提出一种新的利用雪崩触发的MOS控制晶闸管(AT-MCT),在电容脉冲放电中实现了高电流峰值、高电流上升能力(di/dt)及非工作状态的非激活保护功能。器件结构包含P-body中的高掺杂雪崩层(N-AL)以及阴极区域和MOS结构分离的N+。当施加栅极电压时,MOS产生的沟道将N-drift电势转移至N-AL中,高掺杂N-AL中由于电场尖峰而发生雪崩,产生的电子-空穴对作为晶闸管的基极电流使AT-MCT快速建立自反馈机制;同时,由于雪崩建立的正反馈过程大大改善了瞬态载流子二维传输效应,增加了瞬态开启过程中元胞的有效导通区域,从而实现更加高效的能量转化。AT-MCT相比于阴极短路的MCT(CS-MCT),电流峰值提高了40%,di/dt能力提升了31%。此外,通过对N-AL掺杂浓度的设计,可实现在非工作状态下的非激活保护功能,提升脉冲功率系统的可靠性。

    Abstract:

    A novel Avalanche Triggered MOS-Controlled Thyristor(AT-MCT) is proposed, which achieves high current peak, high current rise capability (di/dt), and non-activation protection in the non-operating state during capacitor pulse discharge. The device incorporates a highly doped N Avalanche Layer(N-AL) buried in a Pbody, with an N+ region near the cathode separated from the MOS structure. When a gate voltage is applied, the channel generated by the MOS transfers the potential of the N-drift region to the N-AL. The highly doped N-AL experiences avalanche due to the electric field peak, and the generated electron-hole pairs serve as the base current of the thyristor, enabling the AT-MCT to rapidly establish a self-feedback mechanism. Meanwhile, the positive feedback process established by the avalanche significantly improves the two-dimensional transient carrier transport effect, increases the effective conduction area of the cell during transient turn-on, and thus achieves more efficient energy conversion. The AT-MCT exhibits a 40% increase in current peak and a 31% increase in di/dt capability compared to Cathode-Shorted MCT(CS-MCT). Moreover, by designing the doping concentration of the N-AL, non-activation protection in the non-operating state can be realized, thereby enhancing the reliability of the pulsed power system.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

孙新淇,杨禹霄,邓时雨,陈资文,刘超,孙瑞泽,陈万军.一种具有高电流能力的雪崩触发栅控晶闸管[J].太赫兹科学与电子信息学报,2025,23(4):346~352

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  • 收稿日期:2025-01-03
  • 最后修改日期:2025-02-28
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  • 在线发布日期: 2025-05-07
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