【摘 要】
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注入效率可控的门极换流晶闸管(IEC-GCT)，是基于现有短路阳极GTO(SA-GTO)工艺提出的，与GCT有相似注入效率特点且易制作。本文系统分析了IEC-GCT与SA-GTO在结构、机理和特性以及
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注入效率可控的门极换流晶闸管(IEC-GCT)，是基于现有短路阳极GTO(SA-GTO)工艺提出的，与GCT有相似注入效率特点且易制作。本文系统分析了IEC-GCT与SA-GTO在结构、机理和特性以及制作工艺等方面的差异。采用ISE-TCAD软件对器件的常温和高温特性进行了数值模拟，分析了浮置区阻挡材料的选取原则，提出阳极金属化实现方案。引入波状p基区结构(CP)到IEC-GCT中，对其结构参数进行了优化设计。同时，模拟并设计了基于GTO工艺的IEC-GCT工艺流程，确定了(CP)IEC-GCT的工艺实现方案，进行了关键工艺实验与分析。主要研究内容及成果如下: 首先，研究了IEC-GCT结构的工作机理，模拟并分析了常温工作特性和高温工作特性，结果表明，器件具有GCT透明阳极注入效率特点和类似与GTO的开通特性，其高温特性受到阳极介质层散热影响。 第二，引入波状p基区(CP)结构，研究了CP结构IEC-GCT器件的结构特点、工艺实现方法和对器件特性的影响机理;分析了波状p基区结构与常规p基区IEC-GCT的工作特性差异;结果表明采用波状p基区结构，可以改善IEC-GCT的开关特性。 第三，引入多层金属化电极，给出了阳极介质膜优选原则。分析了三层金属化电极与介质膜的热特性，研究了门阴极热阻分布情况。分别设计并优化了常规p基区IEC-GCT与(CP)IEC-GCT器件的结构参数，并设计了门阴极和阳极光刻版图。 第四，提出两种结构IEC-GCT的工艺流程与工艺制作方案。进行了波状p基区、多层金属化和门极挖槽等关键工艺实验，确定了阴极掩蔽扩AL形成波状p基区的工艺条件，确定了Ti/Ni/Ag三层金属化工艺条件与膜厚，确定了门极挖槽的刻蚀条件。 最后，提出并建立了IEC-GCT器件的准2D结构电路仿真模型，研究并建立了GCT器件各个工作过程的功率损耗模型。模型为应用设计中系统仿真和功耗估计提供帮助。 本文探索了IEC-GCT的关键工艺，为基于GTO工艺线制作GCT器件开辟了一条新路径;n+阴极条掩蔽扩铝的方法，降低了波状p基区工艺实现的成本和复杂度;引入多层金属化电极和IEC阳极介质膜，为GTO类器件设计提供了新思路;建立了IEC-GCT物理级电路模型，为今后器件的应用打下了良好的基础。
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