梁　琳，潘　铭，舒玉雄，张鲁丹

(华中科技大学光学与电子信息学院，武汉430074)



用于脉冲功率领域的碳化硅四层器件性能概述

梁琳，潘铭，舒玉雄，张鲁丹

(华中科技大学光学与电子信息学院，武汉430074)

摘要：综合论述了基于碳化硅(SiC)材料制备的四层器件在脉冲功率领域的应用现状或前景。调研了SiC超级门极可关断晶闸管 (super gate turn-off thyristor, SGTO)的研究进展，总结了近年来获得的实验结果。实验研究了SiC发射极可关断晶闸管 (emitter turn-off thyristor, ETO)的开通过程。结果表明，开通dI/dt可以在一定条件下受控，以适应脉冲功率或电力电子变换的不同需求，实验获得最大功率密度为329 kW·cm-2。建立了SiC反向开关晶体管 (reversely switched dynistor, RSD)二维数值模型，论证了开通原理的可行性，热电耦合模型以SiC本征温度为依据据，SiC RSD的功率密度达MW·cm-2量级。

关键词：SiC SGTO；SiC ETO；SiC RSD；碳化硅；脉冲功率

具有pnpn四层类晶闸管结构的器件，由于漂移层的电导调制作用，可以在大电流和高电压下工作，适合脉冲功率应用。这类纯双极型器件具有高抗浪涌能力，相比单极型的功率MOSFET、混合型的绝缘栅双极晶体管 (insulatedgatebipolartransistor,IGBT)等功率器件具有更低的损耗和更坚固的性能。带驱动门极的三端器件(如脉冲晶闸管、门极可关断晶闸管 (gateturn-offthyristor,GTO))和专为脉冲功率应用设计的特种两端器件(如反向开关晶体管 (reverselyswitcheddynistor,RSD))都属于pnpn四层类晶闸管结构的器件。

碳化硅(SiC)材料具有高击穿电场(更薄外延层下更高的阻断电压)、短少数载流子寿命(更快速的关断)、高热导率、高杨氏模量等特性，适合于脉冲功率应用[1]。近年来，上述四层结构的功率器件出现了从Si向SiC过渡的趋势。……