?????????????現代的電力電子技術無論對改造傳統工業（電力、機械、礦冶、交通、化工、輕紡等），還是對新建高技術產業（航天、激光、通信、機器人等）至關重要，從而已迅速發展成為一門獨立學科領域。它的應用領域幾乎涉及到國民經濟的各個工業部門，毫無疑問，它將成為本世紀乃至下世紀重要關鍵技術之一。近幾年西方發達的國家，盡管總體經濟的增長速度較慢，電力電子技術仍一直保持著每年百分之十幾的高速增長。
　　從歷(li)史上看(kan)，每一代新型電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)子器(qi)(qi)件的出現，總是帶來一場電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)子技術(shu)的**。以(yi)功(gong)率器(qi)(qi)件為核心的現代電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)子裝(zhuang)置，在整臺裝(zhuang)置中通常不超過總價(jia)值的20%～30%，但是，它對(dui)提高裝(zhuang)置的各項技術(shu)指標(biao)和(he)技術(shu)性能，卻(que)起著(zhu)十分(fen)重(zhong)要的作用。

　　眾所周(zhou)知，一個(ge)理(li)想的(de)功率器件，應(ying)當具(ju)(ju)有(you)下列理(li)想的(de)靜態(tai)和動態(tai)特性:在截止狀(zhuang)態(tai)時(shi)能承受高電壓(ya)；在導通狀(zhuang)態(tai)時(shi)，具(ju)(ju)有(you)大(da)電流和很低(di)的(de)壓(ya)降；在開關轉換時(shi)，具(ju)(ju)有(you)短的(de)開、關時(shi)間，能承受高的(de)di/dt和dv/dt，以(yi)及(ji)具(ju)(ju)有(you)全(quan)控功能。

　　自(zi)從(cong)50年代，硅晶(jing)(jing)(jing)閘管(guan)(guan)(guan)問世(shi)(shi)以后，20多年來，功(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)半導(dao)(dao)體(ti)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)研究工(gong)作者(zhe)為達到(dao)上述理想目標做出了(le)(le)不懈的(de)(de)(de)(de)努(nu)力，并(bing)已取得(de)了(le)(le)使(shi)世(shi)(shi)人(ren)矚目的(de)(de)(de)(de)成就(jiu)(jiu)。60年代后期，可(ke)關斷晶(jing)(jing)(jing)閘管(guan)(guan)(guan)GTO實(shi)現(xian)(xian)(xian)了(le)(le)門(men)(men)極(ji)(ji)可(ke)關斷功(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)，并(bing)使(shi)斬(zhan)波工(gong)作頻(pin)率(lv)(lv)(lv)擴展到(dao)1kHz以上。70年代中(zhong)期，高功(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)晶(jing)(jing)(jing)體(ti)管(guan)(guan)(guan)和功(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv) MOSFET問世(shi)(shi)，功(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)實(shi)現(xian)(xian)(xian)了(le)(le)場控功(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)，打開了(le)(le)高頻(pin)應用的(de)(de)(de)(de)大門(men)(men)。80年代，絕緣柵(zha)門(men)(men)控雙(shuang)極(ji)(ji)型(xing)(xing)晶(jing)(jing)(jing)體(ti)管(guan)(guan)(guan) (IGBT)問世(shi)(shi)，它綜(zong)合(he)(he)了(le)(le)功(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)MOSFET和雙(shuang)極(ji)(ji)型(xing)(xing)功(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)晶(jing)(jing)(jing)體(ti)管(guan)(guan)(guan)兩者(zhe)的(de)(de)(de)(de)功(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)。它的(de)(de)(de)(de)迅(xun)速發(fa)展，又激勵了(le)(le)人(ren)們(men)對綜(zong)合(he)(he)功(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)MOSFET和晶(jing)(jing)(jing)閘管(guan)(guan)(guan)兩者(zhe)功(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)新型(xing)(xing)功(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)-MOSFET門(men)(men)控晶(jing)(jing)(jing)閘管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)研究。因此，當前功(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)研究工(gong)作的(de)(de)(de)(de)重點(dian)主要集中(zhong)在(zai)研究現(xian)(xian)(xian)有功(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)性能(neng)(neng)(neng)(neng)改進、MOS門(men)(men)控晶(jing)(jing)(jing)閘管(guan)(guan)(guan)以及采用新型(xing)(xing)半導(dao)(dao)體(ti)材料制(zhi)造新型(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)功(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)等(deng)。下面就(jiu)(jiu)近幾年來上述功(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)*新發(fa)展加以綜(zong)述。

一(yi)、 功率(lv)晶閘管的*新發展

1．超大功率晶閘管

　　晶(jing)(jing)閘(zha)(zha)管（SCR）自問(wen)世以來(lai)， 其功(gong)(gong)率容量提(ti)高(gao)了近(jin)3000倍。現在(zai)許多國(guo)家已(yi)能穩定生(sheng)產(chan)????mm、8kV /4kA的(de)(de)晶(jing)(jing)閘(zha)(zha)管。日本(ben)現在(zai)已(yi)投產(chan)8kV / 4kA和6kV /6kA的(de)(de)光觸(chu)發(fa)晶(jing)(jing)閘(zha)(zha)管(LTT)。美(mei)國(guo)和歐洲主要生(sheng)產(chan)電(dian)(dian)(dian)觸(chu)發(fa)晶(jing)(jing)閘(zha)(zha)管。近(jin)十幾(ji)年來(lai)，由于自關斷(duan)器件的(de)(de)飛速發(fa)展，晶(jing)(jing)閘(zha)(zha)管的(de)(de)應用(yong)領域有所縮小，但是，由于它的(de)(de)高(gao)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)、大(da)(da)電(dian)(dian)(dian)流(liu)特性，它在(zai)HVDC、靜止無功(gong)(gong)補償（SVC）、大(da)(da)功(gong)(gong)率直流(liu)電(dian)(dian)(dian)源及超大(da)(da)功(gong)(gong)率和高(gao)壓(ya)變頻調速應用(yong)方面仍(reng)占有十分重要的(de)(de)地位。預計在(zai)今(jin)后若干(gan)年內，晶(jing)(jing)閘(zha)(zha)管仍(reng)將在(zai)高(gao)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)、大(da)(da)電(dian)(dian)(dian)流(liu)應用(yong)場合得到繼續發(fa)展。

　　現(xian)在(zai)，許多生產商可(ke)提供額定開關功(gong)率36MVA ( 6kV/ 6kA)用的(de)高壓(ya)(ya)大電(dian)(dian)流GTO。傳統(tong)GTO的(de)典型(xing)的(de)關斷增(zeng)量僅(jin)為3～5。GTO關斷期(qi)間的(de)不(bu)均(jun)勻性引起的(de)“擠流效應”使(shi)其在(zai)關斷期(qi)間dv/dt必須(xu)限制在(zai)500～1kV/μs。為此，人們(men)不(bu)得(de)不(bu)使(shi)用體積大、昂(ang)貴的(de)吸(xi)收電(dian)(dian)路。另外它(ta)的(de)門極(ji)驅動電(dian)(dian)路較(jiao)復雜和要求(qiu)較(jiao)大的(de)驅動功(gong)率。但是(shi)，高的(de)導(dao)通電(dian)(dian)流密度(du)、高的(de)阻(zu)(zu)斷電(dian)(dian)壓(ya)(ya)、阻(zu)(zu)斷狀態下高的(de)dv/dt耐量和有(you)可(ke)能在(zai)內部(bu)集成一個反并二極(ji)管(guan)，這些突出的(de)優點仍使(shi)人們(men)對(dui)GTO感到興趣。到目(mu)前為止(zhi)，在(zai)高壓(ya)(ya)（VBR > 3.3kV )、大功(gong)率（0.5～20MVA）牽引、工(gong)業和電(dian)(dian)力(li)逆(ni)變(bian)器(qi)(qi)中(zhong)應用得(de)*為普遍(bian)的(de)是(shi)門控功(gong)率半導(dao)體器(qi)(qi)件。目(mu)前，GTO的(de)*高研究水平為6in、6kV /6kA以及9kV/10kA。為了滿足電(dian)(dian)力(li)系統(tong)對(dui)1GVA以上的(de)三相(xiang)逆(ni)變(bian)功(gong)率電(dian)(dian)壓(ya)(ya)源(yuan)的(de)需要，近期(qi)很有(you)可(ke)能開發出10kA/12kV的(de)GTO，并有(you)可(ke)能解(jie)決30多個高壓(ya)(ya)GTO串聯(lian)的(de)技(ji)術，可(ke)望(wang)使(shi)電(dian)(dian)力(li)電(dian)(dian)子(zi)技(ji)術在(zai)電(dian)(dian)力(li)系統(tong)中(zhong)的(de)應用方面再上一個臺階。

2．脈沖功率(lv)閉合開關晶(jing)閘管

　　該(gai)器(qi)件特別適用(yong)于傳送極(ji)(ji)強的(de)(de)峰值功率（數(shu)MW）、極(ji)(ji)短(duan)的(de)(de)持續(xu)時間（數(shu)ns）的(de)(de)放電閉(bi)合開(kai)關應(ying)(ying)用(yong)場合，如：激(ji)光器(qi)、高強度照明、放電點火(huo)、電磁發(fa)射器(qi)和雷達調制器(qi)等。該(gai)器(qi)件能在數(shu)kV的(de)(de)高壓下快速開(kai)通，不需要放電電極(ji)(ji)，具有很長(chang)的(de)(de)使用(yong)壽命，體積小(xiao)、價格比較低，可(ke)望取代目(mu)前尚在應(ying)(ying)用(yong)的(de)(de)高壓離子閘流(liu)管(guan)、引燃管(guan)、火(huo)花(hua)間隙開(kai)關或真(zhen)空開(kai)關等。

　　該器件獨(du)特(te)的(de)結(jie)構(gou)(gou)和工藝特(te)點(dian)是：門-陰極(ji)周界很長(chang)并(bing)形成(cheng)高度交織(zhi)的(de)結(jie)構(gou)(gou)，門極(ji)面(mian)積(ji)占(zhan)(zhan)芯片總(zong)面(mian)積(ji)的(de)90%，而(er)陰極(ji)面(mian)積(ji)僅占(zhan)(zhan)10%；基區空穴-電(dian)子壽命(ming)很長(chang)，門-陰極(ji)之間的(de)水平距離(li)小于一(yi)個擴散(san)長(chang)度。上述兩(liang)個結(jie)構(gou)(gou)特(te)點(dian)確保了該器件在開通瞬間，陰極(ji)面(mian)積(ji)能(neng)得到(dao)100%的(de)應(ying)用(yong)。此外(wai)，該器件的(de)陰極(ji)電(dian)極(ji)采用(yong)較(jiao)厚的(de)金屬層，可承受瞬時峰(feng)值電(dian)流。

3.新(xin)型(xing)GTO器件-集(ji)成門極換流晶閘管

　　當前已(yi)有(you)兩種常(chang)規(gui)GTO的(de)替代品:高功(gong)率的(de)IGBT模(mo)塊、新型(xing)GTO派生器件(jian)-集成門極換流IGCT晶(jing)閘(zha)管。IGCT晶(jing)閘(zha)管是(shi)一種新型(xing)的(de)大功(gong)率器件(jian)，與(yu)常(chang)規(gui)GTO晶(jing)閘(zha)管相比，它具有(you)許(xu)多(duo)優良的(de)特性，例如，不用緩(huan)沖(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)路能實(shi)現可靠關斷、存(cun)貯時(shi)間短(duan)、開通能力強、關斷門極電(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)少和(he)應用系統（包括所有(you)器件(jian)和(he)外圍(wei)部件(jian)如陽(yang)極電(dian)(dian)(dian)(dian)抗器和(he)緩(huan)沖(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)容器等）總的(de)功(gong)率損耗低等。

　　在(zai)(zai)上(shang)述(shu)這些特性中，優(you)良的(de)(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)通和關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)能(neng)(neng)力是(shi)特別(bie)重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)面(mian)，因為在(zai)(zai)實際應(ying)用(yong)(yong)中，GTO的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)條件(jian)主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)是(shi)受到這些開(kai)關(guan)(guan)(guan)特性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)局限(xian)。眾所(suo)(suo)周知，GTO的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)能(neng)(neng)力與(yu)其(qi)門(men)(men)(men)極驅動電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性能(neng)(neng)關(guan)(guan)(guan)系極大，當門(men)(men)(men)極關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)升率（diGQ/dt）較高時(shi)，GTO晶(jing)閘管則具有較高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)能(neng)(neng)力。一個4.5kV/4kA的(de)(de)(de)(de)(de)(de)IGCT與(yu)一個4.5kV/4kA的(de)(de)(de)(de)(de)(de)GTO的(de)(de)(de)(de)(de)(de)硅片(pian)(pian)(pian)尺(chi)寸(cun)類(lei)(lei)似(si)，可是(shi)它(ta)(ta)(ta)能(neng)(neng)在(zai)(zai)高于(yu)6kA的(de)(de)(de)(de)(de)(de)情況下不用(yong)(yong)緩沖(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)加(jia)以(yi)關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)，它(ta)(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)diGQ/dt高達(da)6kA/μs。對于(yu)開(kai)通特性，門(men)(men)(men)極開(kai)通電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)上(shang)升率（diG/dt）也非常(chang)重要(yao)(yao)，可以(yi)借助于(yu)低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)門(men)(men)(men)極驅動電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)感(gan)比較容易實現。IGCT之所(suo)(suo)以(yi)具有上(shang)述(shu)這些優(you)良特性，是(shi)因為在(zai)(zai)器(qi)(qi)件(jian)結(jie)構(gou)上(shang)對GTO采取(qu)了一系列改進(jin)措施(shi)。圖1是(shi)IGCT管餅和芯片(pian)(pian)(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)外(wai)形照片(pian)(pian)(pian)，芯片(pian)(pian)(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)本圖形和結(jie)構(gou)與(yu)常(chang)規(gui)GTO類(lei)(lei)似(si)，但是(shi)它(ta)(ta)(ta)除了采用(yong)(yong)了陽(yang)極短(duan)路(lu)(lu)型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)逆導GTO結(jie)構(gou)以(yi)外(wai)，主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)是(shi)采用(yong)(yong)了特殊的(de)(de)(de)(de)(de)(de)環狀門(men)(men)(men)極，其(qi)引出(chu)端安排在(zai)(zai)器(qi)(qi)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)周邊(bian)，特別(bie)是(shi)它(ta)(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)門(men)(men)(men)、陰極之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)距離要(yao)(yao)比常(chang)規(gui)GTO的(de)(de)(de)(de)(de)(de)小得多(duo)，所(suo)(suo)以(yi)在(zai)(zai)門(men)(men)(men)極加(jia)以(yi)負偏壓實現關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)時(shi)， 門(men)(men)(men)、陰極間(jian)可立即形成(cheng)耗(hao)盡層， 如(ru)圖2所(suo)(suo)示。這時(shi)，從(cong)陽(yang)極注入基(ji)區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)，則在(zai)(zai)關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)瞬間(jian)全(quan)部流(liu)(liu)入門(men)(men)(men)極，關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)增益為1， 從(cong)而(er)使器(qi)(qi)件(jian)迅速(su)關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)。不言而(er)喻， 關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)IGCT時(shi)需要(yao)(yao)提供與(yu)主(zhu)(zhu)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)相等的(de)(de)(de)(de)(de)(de)瞬時(shi)關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)，這就要(yao)(yao)求包括(kuo)IGCT門(men)(men)(men)陰極在(zai)(zai)內的(de)(de)(de)(de)(de)(de)門(men)(men)(men)極驅動回路(lu)(lu)必須具有十分小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)引線(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)感(gan)。實際上(shang)，它(ta)(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)門(men)(men)(men)極和陰極之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)感(gan)僅為常(chang)規(gui)GTO的(de)(de)(de)(de)(de)(de)1/10。

　　IGCT的(de)另一(yi)(yi)個特點是(shi)有一(yi)(yi)個極(ji)低(di)的(de)引(yin)線電(dian)感與(yu)(yu)管餅集成(cheng)在一(yi)(yi)起(qi)的(de)門(men)(men)極(ji)驅(qu)動(dong)器。IGCT用(yong)多層薄板(ban)(ban)狀的(de)襯板(ban)(ban)與(yu)(yu)主(zhu)門(men)(men)極(ji)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)相接。門(men)(men)極(ji)驅(qu)電(dian)路(lu)則(ze)由襯板(ban)(ban)及許多并聯(lian)的(de)功(gong)率MOS管和放電(dian)電(dian)容器組(zu)成(cheng)。包括IGCT及其門(men)(men)極(ji)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)在內的(de)總(zong)引(yin)線電(dian)感量可以(yi)減小到GTO的(de)1/100，表1是(shi)IGCT的(de)電(dian)特性參(can)數(shu)。

　　目前，4.5kV (1.9kV/2.7kV 直流鏈(lian)(lian))及 5.5kV (3.3kV直流鏈(lian)(lian))、 275A

　　有(you)效硅面(mian)積小(xiao)、低(di)損耗、快速開關這些(xie)優(you)(you)點保證了(le)IGCT能可(ke)靠、高(gao)(gao)(gao)效率(lv)(lv)地用于(yu)300kVA～10MVA變流器(qi)，而不(bu)需要串聯或并聯。在(zai)串聯時，逆(ni)變器(qi)功(gong)率(lv)(lv)可(ke)擴展到100MVA。雖然高(gao)(gao)(gao)功(gong)率(lv)(lv)的(de)IGBT模塊(kuai)具有(you)一(yi)(yi)些(xie)優(you)(you)良的(de)特性，如能實現di/dt和dv/dt的(de)有(you)源(yuan)(yuan)控制、有(you)源(yuan)(yuan)箝位、易于(yu)實現短路(lu)電流保護(hu)(hu)和有(you)源(yuan)(yuan)保護(hu)(hu)等(deng)。但(dan)因存在(zai)著導通高(gao)(gao)(gao)損耗、硅有(you)效面(mian)積低(di)利用率(lv)(lv)、損壞后造成開路(lu)以及無長期可(ke)靠運行(xing)數據等(deng)缺點，限制了(le)高(gao)(gao)(gao)功(gong)率(lv)(lv)IGBT模塊(kuai)在(zai)高(gao)(gao)(gao)功(gong)率(lv)(lv)低(di)頻變流器(qi)中的(de)實際應(ying)用。因此在(zai)大功(gong)率(lv)(lv)MCT未(wei)問世(shi)以前(qian)，IGCT可(ke)望(wang)成為高(gao)(gao)(gao)功(gong)率(lv)(lv)高(gao)(gao)(gao)電壓低(di)頻變流器(qi)的(de)優(you)(you)選功(gong)率(lv)(lv)器(qi)件之一(yi)(yi)。

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二、IGBT模塊的*新發展

1．高功率(lv)溝槽柵結構IGBT(Trench IGBT) 模塊

　　當(dang)今高(gao)(gao)功率(lv)IGBT模塊中的(de)(de)IGBT元胞通(tong)常(chang)多采用(yong)溝(gou)(gou)槽(cao)柵(zha)(zha)結構IGBT。與平面柵(zha)(zha)結構相比(bi)，溝(gou)(gou)槽(cao)柵(zha)(zha)結構通(tong)常(chang)采用(yong)1μm加工精度，從而大大提(ti)高(gao)(gao)了(le)元胞密(mi)度。由于門極溝(gou)(gou)的(de)(de)存(cun)在，消除(chu)了(le)平面柵(zha)(zha)結構器(qi)(qi)件(jian)中存(cun)在的(de)(de)相鄰元胞之(zhi)間形成的(de)(de)結型場效應晶體管效應，同時引入了(le)一定的(de)(de)電子注入效應，使得導(dao)通(tong)電阻(zu)下降。為增加長基區厚(hou)度、提(ti)高(gao)(gao)器(qi)(qi)件(jian)耐壓創造了(le)條件(jian)。所以近(jin)幾年來出現(xian)的(de)(de)高(gao)(gao)耐壓大電流IGBT器(qi)(qi)件(jian)均采用(yong)這(zhe)種結構。

　　1996年日本(ben)三菱和日立公(gong)司分(fen)別研制(zhi)成功(gong)(gong)3.3kV/1.2kA巨大(da)(da)容量的IGBT模塊(kuai)(kuai)。它們與常規的GTO相比，開關(guan)時間縮短(duan)了(le)(le)20%，柵(zha)極(ji)驅動功(gong)(gong)率(lv)僅為GTO的1/1000。1997年富士(shi)電(dian)機研制(zhi)成功(gong)(gong)1kA/2.5kV平(ping)板型IGBT，由于集電(dian)、發射結采(cai)用了(le)(le)與GTO類似的平(ping)板壓接(jie)(jie)結構(gou)，采(cai)用更(geng)高效(xiao)的芯片兩端散(san)熱方式。特別有意義的是，避免(mian)了(le)(le)大(da)(da)電(dian)流(liu)(liu)IGBT模塊(kuai)(kuai)內部大(da)(da)量的電(dian)極(ji)引出線(xian)，提高了(le)(le)可靠性(xing)和減(jian)小了(le)(le)引線(xian)電(dian)感，缺點是芯片面積利用率(lv)下降(jiang)。所以這(zhe)種(zhong)平(ping)板壓接(jie)(jie)結構(gou)的高壓大(da)(da)電(dian)流(liu)(liu)IGBT模塊(kuai)(kuai)也可望成為高功(gong)(gong)率(lv)高電(dian)壓變流(liu)(liu)器的優選功(gong)(gong)率(lv)器件。

2．新型(xing)大功率IGBT模塊(kuai) - 電子注(zhu)入(ru)增強(qiang)柵晶體管IEGT(Injection Enhanced GateTrangistor)

　　近年來，日本東芝公(gong)司開發了(le)(le)IEGT，與IGBT一樣，它(ta)也分(fen)平(ping)面柵和溝槽(cao)柵兩(liang)種結構，前者的(de)產品即將問世(shi)，后者尚在研制中。IEGT兼有IGBT和GTO兩(liang)者的(de)某些優點：低的(de)飽和壓降，寬的(de)**工(gong)作(zuo)區（吸收回(hui)路容量(liang)僅為GTO的(de)1/10左右），低的(de)柵極驅動(dong)功(gong)率（比GTO低2個數量(liang)級）和較高的(de)工(gong)作(zuo)頻率。加之該(gai)器件采用(yong)了(le)(le)平(ping)板壓接式電極引出結構，可(ke)望有較高的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。

　　IEGT之所以有前述這些優良的(de)(de)特性(xing)，是由(you)于(yu)它(ta)利(li)用(yong)了“電子(zi)(zi)注(zhu)入(ru)(ru)增強(qiang)效(xiao)應(ying)"。為了簡要說(shuo)明(ming)這一(yi)(yi)效(xiao)應(ying)，將IGBT及(ji)IEGT單(dan)胞示意圖(tu)示于(yu)圖(tu)4。與(yu)IGBT相比，IEGT結構的(de)(de)主要特點是柵極(ji)長(chang)度(du)(du)Lg較長(chang)，N長(chang)基區(qu)近(jin)柵極(ji)側(ce)的(de)(de)橫向(xiang)電阻值較高(gao)，因此從集(ji)電極(ji)注(zhu)入(ru)(ru)N長(chang)基區(qu)的(de)(de)空(kong)穴，不像在IGBT中(zhong)那樣(yang)，順利(li)地(di)(di)橫向(xiang)通過P區(qu)流入(ru)(ru)發(fa)射(she)極(ji)，而是在該(gai)區(qu)域形(xing)(xing)成一(yi)(yi)層空(kong)穴積(ji)累層。為了保(bao)持該(gai)區(qu)域的(de)(de)電中(zhong)性(xing)，發(fa)射(she)極(ji)必(bi)須通過N溝道(dao)向(xiang)N長(chang)基區(qu)注(zhu)入(ru)(ru)大(da)量的(de)(de)電子(zi)(zi)。這樣(yang)就(jiu)使N長(chang)基區(qu)發(fa)射(she)極(ji)側(ce)也形(xing)(xing)成了高(gao)濃度(du)(du)載流子(zi)(zi)積(ji)累，在N長(chang)基區(qu)中(zhong)形(xing)(xing)成與(yu)GTO中(zhong)類似的(de)(de)載流子(zi)(zi)分布，從而較好(hao)地(di)(di)解決了大(da)電流、高(gao)耐壓的(de)(de)矛盾。目前該(gai)器件已達到4.5kV/1kA的(de)(de)水平。

三、MOS門控晶(jing)閘管

　　MOS門(men)極控制晶閘管(guan)充分地利用晶閘管(guan)良(liang)(liang)好的(de)(de)(de)通態特(te)性(xing)、優(you)(you)良(liang)(liang)的(de)(de)(de)開(kai)通和關斷特(te)性(xing)，可望具有(you)(you)優(you)(you)良(liang)(liang)的(de)(de)(de)自(zi)關斷動態特(te)性(xing)、非常低的(de)(de)(de)通態電(dian)(dian)壓(ya)降和耐高壓(ya)，成為將(jiang)來在電(dian)(dian)力(li)裝置和電(dian)(dian)力(li)系統中(zhong)有(you)(you)發展前(qian)途的(de)(de)(de)高壓(ya)大功率器(qi)件。目前(qian)世界上有(you)(you)十幾(ji)家公(gong)司(si)在積(ji)極開(kai)展對MCT的(de)(de)(de)研究。MOS門(men)控晶閘管(guan)主要有(you)(you)三種(zhong)結(jie)構：MOS場控晶閘管(guan)（MCT）、基(ji)極電(dian)(dian)阻控制晶閘管(guan)(BRT)及射極開(kai)關晶閘管(guan)(EST)。其中(zhong)EST可能是(shi)MOS門(men)控晶閘管(guan)中(zhong)*有(you)(you)希(xi)望的(de)(de)(de)一種(zhong)結(jie)構。但是(shi)，這(zhe)種(zhong)器(qi)件要真正成為商業化的(de)(de)(de)實用器(qi)件，達到(dao)取代GTO的(de)(de)(de)水平(ping)，還(huan)需要相當長的(de)(de)(de)一段時間。

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四(si)、采用新型半導(dao)體材料制(zhi)造的(de)新型功率器件

　　至今，硅材(cai)料(liao)功率(lv)器(qi)(qi)件(jian)(jian)已發展得相當成熟。為(wei)了(le)(le)進一步實現人(ren)們對理(li)想功率(lv)器(qi)(qi)件(jian)(jian)特性(xing)的(de)(de)追求，越來(lai)越多的(de)(de)功率(lv)器(qi)(qi)件(jian)(jian)研究工(gong)作轉向了(le)(le)對用新(xin)型半導(dao)體(ti)(ti)材(cai)料(liao)制(zhi)作新(xin)型半導(dao)體(ti)(ti)功率(lv)器(qi)(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)探(tan)求。研究表(biao)明，砷化(hua)鎵(jia)FET和(he)肖特基整流(liu)器(qi)(qi)可(ke)以獲得十分優越的(de)(de)技術性(xing)能。Collinset al公司 用GaAs VFETs 制(zhi)成了(le)(le)10MHz PWM變換器(qi)(qi)，其(qi)功率(lv)密度(du)高達500W/in3。高壓（600V）砷化(hua)鎵(jia)高頻整流(liu)二極管近年來(lai)也有所突破，SiC材(cai)料(liao)和(he)功率(lv)器(qi)(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)研究工(gong)作十分活躍。

1．高(gao)(gao)壓砷化鎵高(gao)(gao)頻整流二極管

　　隨(sui)著變(bian)換器(qi)開(kai)關頻(pin)(pin)率(lv)的(de)不斷提高(gao)(gao)，對快恢(hui)(hui)復(fu)二(er)極(ji)(ji)管(guan)的(de)要(yao)求也隨(sui)之提高(gao)(gao)。眾所周知，砷化(hua)(hua)鎵二(er)極(ji)(ji)管(guan)具有比硅(gui)二(er)極(ji)(ji)管(guan)優越的(de)高(gao)(gao)頻(pin)(pin)開(kai)關特性(xing)，但是(shi)由于(yu)工藝(yi)技術等方面的(de)原因，砷化(hua)(hua)鎵二(er)極(ji)(ji)管(guan)的(de)耐壓(ya)較(jiao)低(di)(di)，實際應(ying)用受到局限。為(wei)適應(ying)高(gao)(gao)壓(ya)、高(gao)(gao)速(su)、高(gao)(gao)效率(lv)和低(di)(di)EMI應(ying)用需要(yao)，高(gao)(gao)壓(ya)砷化(hua)(hua)鎵高(gao)(gao)頻(pin)(pin)整流(liu)二(er)極(ji)(ji)管(guan)已在Motorola公司研制成功。與硅(gui)快恢(hui)(hui)復(fu)二(er)極(ji)(ji)管(guan)相比，這種(zhong)新型(xing)二(er)極(ji)(ji)管(guan)的(de)顯著特點是(shi)：反(fan)向(xiang)漏電流(liu)隨(sui)溫度變(bian)化(hua)(hua)小、開(kai)關損耗(hao)低(di)(di)、反(fan)向(xiang)恢(hui)(hui)復(fu)特性(xing)好。兩者比較(jiao)結果示于(yu)表3。

碳化硅(gui)與碳化硅(gui) ( SiC ) 功率器件(jian)

　　在(zai)用新(xin)型半(ban)導體材(cai)料(liao)制成的(de)(de)(de)功(gong)率(lv)器件(jian)(jian)(jian)(jian)中，*有希(xi)望的(de)(de)(de)是(shi)碳(tan)(tan)化硅 ( SiC )功(gong)率(lv)器件(jian)(jian)(jian)(jian)。它的(de)(de)(de)性能指標比(bi)砷化鎵器件(jian)(jian)(jian)(jian)還要(yao)高一(yi)個數(shu)量級，碳(tan)(tan)化硅與其(qi)他半(ban)導體材(cai)料(liao)相比(bi)，具有下列優異的(de)(de)(de)物理特點:高的(de)(de)(de)禁帶寬度(du)，高的(de)(de)(de)飽和電(dian)子漂(piao)移(yi)速度(du)，高的(de)(de)(de)擊穿強度(du)，低的(de)(de)(de)介電(dian)常數(shu)和高的(de)(de)(de)熱導率(lv)。上述這些(xie)優異的(de)(de)(de)物理特性,決定了(le)碳(tan)(tan)化硅在(zai)高溫、高頻(pin)率(lv)、高功(gong)率(lv)的(de)(de)(de)應用場合是(shi)極(ji)(ji)為理想的(de)(de)(de)半(ban)導體材(cai)料(liao)。在(zai)同樣的(de)(de)(de)耐壓(ya)和電(dian)流條件(jian)(jian)(jian)(jian)下，SiC器件(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)漂(piao)移(yi)區電(dian)阻要(yao)比(bi)硅低200倍，即使高耐壓(ya)的(de)(de)(de)SiC場效(xiao)應管(guan)的(de)(de)(de)導通(tong)壓(ya)降，也比(bi)單(dan)極(ji)(ji)型、雙極(ji)(ji)型硅器件(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)低得多。而(er)且，SiC器件(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)開關時間可(ke)達10nS量級，并(bing)具有十(shi)分優越的(de)(de)(de) FBSOA。

　　SiC可以用(yong)來制(zhi)造(zao)射(she)頻(pin)和微波功(gong)率(lv)器件(jian)(jian)，各種高(gao)頻(pin)整(zheng)流(liu)器，MESFETS、MOSFETS和JFETS等。SiC高(gao)頻(pin)功(gong)率(lv)器件(jian)(jian)已在Motorola公司研發成功(gong)，并(bing)應用(yong)于(yu)微波和射(she)頻(pin)裝置(zhi)。GE公司正(zheng)在開發SiC功(gong)率(lv)器件(jian)(jian)和高(gao)溫器件(jian)(jian)(包(bao)括用(yong)于(yu)噴(pen)氣式引擎的傳感器)。西屋公司已經制(zhi)造(zao)出了在26GHz頻(pin)率(lv)下(xia)工作的甚(shen)高(gao)頻(pin)的MESFET。ABB公司正(zheng)在研制(zhi)高(gao)功(gong)率(lv)、高(gao)電(dian)壓(ya)的SiC整(zheng)流(liu)器和其他SiC低(di)頻(pin)功(gong)率(lv)器件(jian)(jian)，用(yong)于(yu)工業和電(dian)力系(xi)統。

　　理(li)(li)論分析表明，SiC功率(lv)(lv)器件非常接(jie)近(jin)于理(li)(li)想(xiang)的功率(lv)(lv)器件。可以預見，各種SiC器件的研究(jiu)與開發，必將成為功率(lv)(lv)器件研究(jiu)領(ling)域的主要(yao)潮流(liu)之一(yi)。但是，SiC材料和功率(lv)(lv)器件的機(ji)理(li)(li)、理(li)(li)論、制造(zao)工(gong)藝均有大量問題需要(yao)解(jie)決，它們要(yao)真正給(gei)電力電子技術領(ling)域帶來又(you)一(yi)次**，估(gu)計至少還需要(yao)十幾年的時間。

五、結論

　　經過人們的不懈努力，雖然硅雙極型及場控型功率器件的研究已趨成熟，但是它們的性能仍在不斷得到提高和改善，近年來出現的IGCT和IEGT可望比MCT更早地取代GTO。采用GaAs，碳化硅等新型半導體材料制成功率器件，實現人們對“理想器件”的追求，將是下個世紀電力電子器件發展的主要趨勢。
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