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基于多维状态分析的晶闸管阻断特性评估方法及系统

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电子设计工程 2021年第3期29卷 118-122页

作者：王秋阳田靖李兵徐闯陈亮单华平中国南方电网有限责任公司超高压输电公司贵阳局贵州贵阳550081

换流阀用晶闸管作为高压直流输电系统的核心器件,其运行时的性能状态直接决定了输电系统的安稳运行。在实际运维过程中,晶闸管的阻断性能评估测试作为重要定检项目之一,因设备条件限制、评估条件不充分、数量庞大等因素无法实现准确、... 详细信息

换流阀用晶闸管作为高压直流输电系统的核心器件,其运行时的性能状态直接决定了输电系统的安稳运行。在实际运维过程中,晶闸管的阻断性能评估测试作为重要定检项目之一,因设备条件限制、评估条件不充分、数量庞大等因素无法实现准确、高效的测试,基于此,提出一种工程运用级的晶闸管阻断特性评估方法及实现换流阀用晶闸管阻断特性评估系统显得尤为重要。结合IEC 60700-1标准,通过建立多维状态函数,基于晶闸管阻断特性模型进行阻断特性策略设计,开发一种以ATmega16单片机为控制核心的晶闸管阻断特性评估系统。现场试验结果证明,该评估方法及系统设计合理,符合工程需求。

关键词：晶闸管阻断特性多维状态评估系统 ATmega16

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IGCT阻断特性模拟

IGCT阻断特性模拟

新型非对称P+屏蔽层结构4H-SiC槽栅MOSFET三维仿真研究

中国电工技术学会电力电子学会第八届学术年会

作者：王彩琳安涛高勇西安理工大学自动化与信息工程学院西安理工大学自动化与信息工程学院西安理工大学自动化与信息工程学院

本文通过对IGCT结构特点及工作原理的定性分析,建立了IGCT的结构模型,并利用MEDICI软件对IGCT的阻断特性进行了模拟分析,给出了2800V IGCT纵向结构设计参数和I-U特性模拟曲线。

关键词：集成门极换流晶闸管结构模型阻断特性阻断电压模拟

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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新型非对称P+屏蔽层结构4H-SiC槽栅MOSFET三维仿真研究

作者：王溶西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着电力电子和功率半导体技术的飞速发展,以及现代工业的快速进步,在近年来,第三代半导体材料碳化硅(SiC)因其表现出了比传统硅(Si)材料在各种高压、高频、高温以及高辐射等条件下更为独特而优越的材料特性而广受关注,且该材料在各种... 详细信息

随着电力电子和功率半导体技术的飞速发展,以及现代工业的快速进步,在近年来,第三代半导体材料碳化硅(SiC)因其表现出了比传统硅(Si)材料在各种高压、高频、高温以及高辐射等条件下更为独特而优越的材料特性而广受关注,且该材料在各种功率器件应用领域占有举足轻重的地位。半导体功率器件是电力电子技术的核心,它长期被应用于各种电力传输、电能变换、逆变器和国防军事等领域之中。在形形色色的碳化硅功率器件之中,碳化硅UMOSFET(SiC UMOSFET)因其具备更低的导通电阻、更高的集成度以及高的电流密度等优点,被称之为第二代碳化硅MOSFET器件,对于SiC UMOSFET的设计研究对未来功率半导体器件的发展具有重要意义。本文首先对SiC材料的结构与特性进行了概述,接着分析了SiC UMOSFET的研究背景、发展方向与进程。然后详细的阐述SiC UMOSFE的工作原理与基本的电学特性。之后介绍了仿真模拟SiC UMOSFET的仿真平台与仿真模型。其次,通过利用Sentaurus-TCAD软件对三种槽栅结构的SiC UMOSFET进行了三维仿真,三种结构分别为传统型SiC UMOSFET、带有连续型P+屏蔽层的SiC UMOSFET以及新提出一种带有非连续型P+屏蔽层的SiC UMOSFET。在环境温度为300K时,三个器件的阈值电压在同样的环境温度,同一P-base区掺杂浓度的情况下,三个结构的器件阈值电压相同,均为1.6 V;三种器件的特征导通电阻分别为1.2mΩ·cm,2.6 mΩ·cm和1.3 mΩ·cm,新提出结构的SiC UMOSFET较传统型结构器件特征导通电阻提高了8%,较带有连续型P+型屏蔽层SiC UMOSFET降低50%;三种器件的击穿电压分别为1385 V、1559 V、1444 V,新提出结构的SiC UMOSFET较传统型结构器件击穿电压提高了4.6%,较带有连续型P+型屏蔽层SiC UMOSFET降低7.4%。温度为300 K,V=0 V,V=1 k V时三种SiC UMOSFET沟槽底部拐角处栅氧化层的电场强度分别为9.36 MV/cm、1.40 MV/cm、5.30 MV/cm,两种带有P+屏蔽层结构的SiC UMOSFET均对沟槽栅氧化层实现了保护作用。之后针对新提出带有P+屏蔽层的SiC UMOSFET器件,分析了P+屏蔽层的各参数因素对器件电学特性的影响。仿真分析发现,P+屏蔽层厚度增加,特征导通电阻变大,对于器件的反向阻断特性,器件的耐压能力减弱,击穿电压减小。器件的传输特性不受P+屏蔽层掺杂浓度影响,SiC UMOSFET的特征导通电阻不变。P+屏蔽层的宽度增加,器件的特征导通电阻变大,另外,增加宽度可提升器件对槽栅底部栅氧化层的保护能力,宽度越大,器件结构越与连续型P+屏蔽层相似,提升了器件的可靠性,可以有效增大器件的击穿电压。最后分析计算了三种器件的特征导通电阻模型,得出三种器件理论计算值为1.03mΩ·cm,2.50 mΩ·cm和1.19 mΩ·cm,随后针对新提出器件的P+屏蔽层的不同结构因素,计算了不同情况的器件特征导通电阻值,并与相应的仿真结果做出比对,与实际仿真模拟结果进行对比,结果基本吻合,验证了仿真模型与导通电阻模型的准确性。

关键词： SiC UMOSFET 特征导通电阻阻断特性

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IGCT测试系统的设计与实现

IGCT测试系统的设计与实现

作者：张阳西安理工大学

学位级别：硕士

集成门极换流晶闸管（IGCT）是将门极换流晶闸管（GCT）与门极驱动电路集成在一起的新型功率器件,已经在风力发电、电力系统、机车牵引等大功率领域开始使用。因此,研究与完善IGCT测试系统,对评估器件性能、促进器件应用具有重要意义。... 详细信息

集成门极换流晶闸管（IGCT）是将门极换流晶闸管（GCT）与门极驱动电路集成在一起的新型功率器件,已经在风力发电、电力系统、机车牵引等大功率领域开始使用。因此,研究与完善IGCT测试系统,对评估器件性能、促进器件应用具有重要意义。本文以4.5kV/4kA IGCT为测试目标,试制了阻断特性测试仪,设计了动态特性测试电路并搭建了试验电路。主要研究内容和成果如下:首先,IGCT测试系统方案的确定。分析了 IGCT的工作原理与静、动态特性测试原理,确定了 IGCT测试系统的整体设计方案。其次,阻断特性测试仪的设计与实现。根据测试仪的主要设计指标,制定了阻断特性测试仪的设计方案;设计了测试主电路以及控制电路,重点分析了两级过流保护电路和峰值电压电流保持电路,绘制了主控电路板;采用了 Keil5和VGUS2020组态软件编写了实时波形显示程序,并与VGUS串口屏成功通信;最后搭建了完整的阻断特性测试仪,实验结果表明,所设计的阻断特性测试仪能完成4.5kVIGCT阻断特性的测试,并能实时显示测试波形。最后,动态特性测试电路的设计与验证。设计了测试主电路及电容电压监测控制电路,分析了箝位电路的工作状态,在Candence-PSPICE软件环境下进行仿真验证,并搭建了试验电路进行功能性验证,实验结果表明,设计的动态特性测试电路能完成大电流测试;采用LabVIEW2020软件开发测试系统的上位机,实现数据波形显示、存储回放与数据分析处理等功能。该研究结果对IGCT测试系统研发有一定的参考价值。

关键词：集成门极换流晶闸管测试系统阻断特性动态特性实时显示

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光控晶闸管光触发灵敏度的实验研究

华中工学院学报 1984年第5期 79-84页

作者：余岳辉黎木林

本文论述光控晶闸管(LTT)的光触发灵敏度与dV/dt之间的制约关系。指出在管芯工艺和光敏区结构上采取一定措施,可以得到比较高的光触发灵敏度,并保持足够大的dV/dt。

关键词：光控晶闸管光触发管芯 LTT 阻断特性基区

SiC MOSFET芯片设计关键技术及发展趋势

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大功率变流技术 2017年第1期 33-38页

作者：高云斌李诚瞻蒋华平新型功率半导体器件国家重点实验室湖南株洲412001 株洲中车时代电气股份有限公司湖南株洲412001

介绍了SiC MOSFET器件应用所具有的技术优势,并从理想耐压与导通电阻理论入手,确定了漂移层耐压结构的优化设计;综合考量阈值电压、氧化层电场集中和导通电阻特性,确定了芯片元胞各关键区域的优化设计;最后,从导通电阻优化、更高电压等... 详细信息

介绍了SiC MOSFET器件应用所具有的技术优势,并从理想耐压与导通电阻理论入手,确定了漂移层耐压结构的优化设计;综合考量阈值电压、氧化层电场集中和导通电阻特性,确定了芯片元胞各关键区域的优化设计;最后,从导通电阻优化、更高电压等级芯片研制和单片集成续流二极管3方面,阐述了SiC MOSFET芯片未来的技术发展趋势。

关键词： SiC MOSFET 阻断特性导通电阻阈值电压结构参数

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缓冲层结构RSD机理研究

湖北工业大学学报 2011年第1期26卷 101-105页

作者：洪武梁琳余岳辉华中科技大学电子科学与技术系湖北武汉430074

研究大功率半导体开关RSD(Reserve Switching Dynistor)的阻断及开通特性,通过高电平大注入理论对其正向特性进行分析,器件通态压降随开通电流、基区载流子寿命、基区宽度变化,而随基区宽度变化最为剧烈.引入缓冲层压缩场结构减小基区宽... 详细信息

研究大功率半导体开关RSD(Reserve Switching Dynistor)的阻断及开通特性,通过高电平大注入理论对其正向特性进行分析,器件通态压降随开通电流、基区载流子寿命、基区宽度变化,而随基区宽度变化最为剧烈.引入缓冲层压缩场结构减小基区宽度,以获得阻断特性与开通特性的折中.缓冲层结构RSD在Silvaco TCAD下阻断及开通特性.仿真结果表明,缓冲层结构提高了器件性能.

关键词：大功率半导体开关开通特性阻断特性缓冲层半导体仿真

基于圆周法的IGCT芯片门/阴极性能缺陷检测方法与实现

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机电工程技术 2021年第8期50卷 146-148页

作者：马宁强乔旭马帅西安派瑞功率半导体变流技术股份有限公司西安710077

功率半导体器件IGCT芯片的门/阴极之间设计的呈多圈环状平面布局的等效二极管单元数量庞大,为准确快速检测每个单元的特性并筛查出缺陷单元的位置,设计了基于圆周运动动态检测的IGCT芯片门/阴极阻断特性测试台。该测试系统中用于芯片阴... 详细信息

功率半导体器件IGCT芯片的门/阴极之间设计的呈多圈环状平面布局的等效二极管单元数量庞大,为准确快速检测每个单元的特性并筛查出缺陷单元的位置,设计了基于圆周运动动态检测的IGCT芯片门/阴极阻断特性测试台。该测试系统中用于芯片阴极的探针采用软探针滑动接触,用于门极的探针采用滚轮探针滚动接触,解决了快速运动中直流测试信号的传输问题,给出了测试电路原理,配套设计有实时观测显微镜和三维可调旋转平台精确控制位移。该系统有别于在芯片上逐个打点测试的传统方法,满足了测试准确性、无损检测等需要,相比较逐点测试方法提高测试效率15倍以上,为芯片规模化生产中此项性能的在线检测提供了有效手段。

关键词：功率半导体 IGCT 门/阴极阻断特性

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机电组件

电子科技文摘 2002年第12期 9-10页

0224478功率集成光激 MOS 控制交流多路开关模拟设计[刊]/张华曹//西安理工大学学报.—2002,18(2).—151～153(K)介绍了一种新型功率集成光激 MOS 控制多路开关,它由双向晶闸管、MOS 器件、光电器件组成。此开关通过光电转换来实现强电... 详细信息

0224478功率集成光激 MOS 控制交流多路开关模拟设计[刊]/张华曹//西安理工大学学报.—2002,18(2).—151～153(K)介绍了一种新型功率集成光激 MOS 控制多路开关,它由双向晶闸管、MOS 器件、光电器件组成。此开关通过光电转换来实现强电与弱电之间的隔离;可工作在交流状态,其通态压降低,约在1.5～3V 之间;并对其阻断特性、电流特性、开关持性进行了全面的模拟分析。此开关适用于开发各种电源开关产品。

关键词：多路开关阻断特性双向晶闸管光电转换电流特性电源开关通态模拟设计光电器件滚挤