發(fā)布時(shí)間：2020-12-12 07:54

　　掌握晶閘管反向恢復(fù)期損傷機(jī)理對(duì)晶閘管保護(hù)設(shè)計(jì)和探索反向恢復(fù)過(guò)程相關(guān)機(jī)理具有重要意義。為研究高壓晶閘管在反向恢復(fù)期內(nèi)脈沖作用下的損傷機(jī)理,分別采用脈沖試驗(yàn)法、軟件仿真法以及芯片失效分析法,對(duì)晶閘管進(jìn)行了反向恢復(fù)期內(nèi)脈沖損傷試驗(yàn),建立晶閘管器件–電路模型,對(duì)反向恢復(fù)期內(nèi)脈沖作用過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,并通過(guò)芯片失效現(xiàn)象分析其失效機(jī)理。結(jié)果表明,正常門極觸發(fā)導(dǎo)通和反向恢復(fù)期內(nèi)二次導(dǎo)通均在晶閘管靠近門極處的陰極邊緣形成初始導(dǎo)通通道,并通過(guò)載流子的擴(kuò)散拓寬通道,其中后者的電流密度較大,且由于反向恢復(fù)期最后關(guān)閉區(qū)域存在殘留的載流子,在這個(gè)區(qū)域能夠形成替代通道;反向恢復(fù)期內(nèi)由于晶閘管門極區(qū)域電流密度過(guò)大、電流上升率過(guò)高,門極附近一帶容易燒毀,表明晶閘管反向恢復(fù)期脈沖損傷屬于熱致?lián)p傷。 

【文章來(lái)源】：電網(wǎng)技術(shù). 2020年07期 第2794-2800頁(yè) 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

晶閘管損傷試驗(yàn)裝置示意圖

實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)脈沖電壓峰值Up提高到2.35kV時(shí)，試品被擊穿。在這個(gè)過(guò)程中，試品的電流和電壓波形如圖3所示。試品被擊穿之后，正向電流迅速增大，電流峰值達(dá)到2kA，而電壓迅速跌落。在電流振蕩過(guò)程中，回路電感感應(yīng)出反向恢復(fù)電壓尖峰。隨后電壓和電流逐漸衰減為零，器件喪失電壓阻斷能力。此時(shí)測(cè)量試品靜態(tài)伏安特性。發(fā)現(xiàn)其正反向均被擊穿，器件失效。并且同組測(cè)試的試品均在2.35 kV左右被擊穿。需要指出的是，在Up=2.35kV之前，試品在反向恢復(fù)期內(nèi)均未發(fā)生二次導(dǎo)通，且電壓阻斷能力良好。然而廠家給出的該試品標(biāo)稱電壓僅為1.8kV，說(shuō)明晶閘管器件電壓耐受裕量較大。3 仿真結(jié)果與分析

本研究采用西安派瑞公司生產(chǎn)的1.8 kV/500A壓接式高壓大功率晶閘管，由于其結(jié)構(gòu)與實(shí)際工程中所用器件相同，因此，研究結(jié)論具有一定參考價(jià)值。以規(guī)格為1.8 kV/500A的晶閘管作為參考，建立晶閘管徑向切面的二維物理模型。晶閘管PNPN結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中：x軸正向?yàn)榫чl管徑向；y軸正向?yàn)榫чl管軸向。由于器件結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，圖中僅展示晶閘管的右半部分。設(shè)定器件基本物理參數(shù)如下：截面高度為400μm，寬度為16000μm。N-基區(qū)采用均勻分布模擬摻雜，摻雜濃度為7×1013/cm3，寬度260μm。其余區(qū)域通過(guò)擴(kuò)散形成，采用高斯分布模擬摻雜。為了使晶閘管在正反2個(gè)方向均有較高的阻斷電壓[19-20],PN結(jié)J1和J3均設(shè)計(jì)為高濃度梯度的緩變結(jié)，其中P+基區(qū)表面摻雜濃度為5×1017/cm3，結(jié)深40μm;P基區(qū)表面摻雜濃度為3×1016/cm3，結(jié)深70μm;P+陽(yáng)極區(qū)表面摻雜濃度為5×1019/cm3，結(jié)深20μm;P陽(yáng)極區(qū)表面摻雜濃度為3×1016/cm3，結(jié)深70μm。N+陰極區(qū)表面摻雜濃度為1.5×1020/cm3，結(jié)深20μm。結(jié)合晶閘管PNPN結(jié)構(gòu)，使用有限元方法構(gòu)建晶閘管的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其中摻雜濃度梯度較大區(qū)域的網(wǎng)格更為密集。網(wǎng)格建好后，對(duì)晶閘管進(jìn)行摻雜。

【參考文獻(xiàn)】：
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