新型电力电子器件

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1、中原工学院新型电力电子器件新型电力电子器件概述机电082裴文星200800384208一MOS控制晶闸管MCTMCT（MOSControlledThyristor）是将MOSFET与晶闸管组合而成的复合型器件。MCT将MOSFET的高输入阻抗、低驱动功率、快速的开关过程和晶闸管的高电压大电流、低导通压降的特点结合起来，也是Bi-MOS器件的一种。一个MCT器件由数以万计的MCT元组成，每个元的组成为：一个PNPN晶闸管，一个控制该晶闸管开通的MOSFET，和一个控制该晶闸管关断的MOSFET。MCT具有高电压、大电流、高载流密度、低通态压降的特点。其通态压降

2、只有GTR的1/3左右，硅片的单位面积连续电流密度在各种器件中是最高的。另外，MCT可承受极高的di/dt和du/dt，使得其保护电路可以简化。MCT的开关速度超高GTR,开关损耗也小。MCT曾一度被认为是一种最有发展前途的电力电子器件。因此，20世纪80年代以来一度成为研究的热点。但经过十多年的努力，其关键技术问题没有大的突破，电压和电流容量都远未达到预期的数值，未能投入实际应用。而其竞争对手IGBT却进展飞速，所以，目前从事MCT研究的人不是很多。二静电感应晶体管SIT静电感应晶体管SIT（StaticInductionTransistor），是在普通结

3、型场效应晶体管基础上发展起来的单极型电压控制器件，有源、栅、漏三个电极,它的源漏电流受栅极上的外加垂直电场控制。其结构可分为平面栅型、埋栅型和准平面型三大类。SIT与普通的结型场效应晶体管的最大区别就是在沟道中有多子势垒存在，该势垒阻碍着电子从源向漏的流动，势垒大小即受栅-源间电压的控制，也受源-漏间电压的控制。SIT器件的工作原理就是通过改变栅极和漏极电压来改变沟道势垒高度，从而控制来自源区的多数载流子的数量，通过静电方式控制沟道内部电位分布，从而实现对沟道电流的控制。SIT的输出特性曲线呈现与真空三极管类似的非饱和特性，而不是像普通结型场效应晶体管那样呈

4、饱和五极管特性。5中原工学院新型电力电子器件　　1952年日本的渡边、西泽等人提出模拟晶体管的模型，1971年9月日本西泽润一发表SIT的研究结果。在70年代中期，它作为音频功率放大器件在日本国内得到了迅速的发展，先后制出最高截止频率10兆赫、输出功率1千瓦和30兆赫、输出功率达2千瓦的静电感应晶体管。1974年之后，高频和微波功率静电感应晶体管有较大发展。已出现1吉赫下输出功率100瓦的内匹配合成器件和2吉赫下输出10瓦左右的器件。静电感应型硅可控整流器已做到导通电流30安(压降为0.9伏)，开关时间  静电感应晶体管为110纳秒。另外，已研制出MOS型S

5、IT和SIT低功耗、高速集成电路，其逻辑门的功率-延迟积的理论值可达1×10-15焦以下。SIT具有非饱和型电流电压输出特性,它和三极电子管的输出特性相类似。静电感应晶体管SIT是一种电压控制器件。在零栅压或很小的负栅压时，沟道区已全部耗尽，呈夹断状态，靠近源极一侧的沟道中出现呈马鞍形分布的势垒，由源极流向漏极的电流完全受此势垒的控制。在漏极上加一定的电压后，势垒下降，源漏电流开始流动。漏压越高,越大,亦即SIT的源漏极之间是靠漏电压的静电感应保持其  静电感应晶体管5中原工学院新型电力电子器件电连接的,因此称为静电感应晶体管。SIT和一般场效应晶体管(FE

6、T)在结构上的主要区别是：①SIT沟道区掺杂浓度低，为1012～1015厘米-3,FET则为1015～1017厘米-3；②SIT具有短沟道，在输出特性上，前者为非饱和型三极管特性，后者为饱和型五极管特性。　　静电感应晶体管SIT主要有三种结构形式:埋栅结构、表面电极结构和介质覆盖栅结构。埋栅结构是典型结构（图2），适用于低频大功率器件；表面电极结构适用于高频和微波功率SIT;介质覆盖栅结构是中国研制成功的，这种结构既适用于低频大功率器件，也适用于高频和微波功率器件，其特点是工艺难度小、成品率高、成本低、适于大量生产。中国已研制出具有这种结构的SIT器件有：4

7、00兆赫，1～40瓦；1000兆赫,1～12瓦及1500兆赫，6瓦的SIT器件。另外，还制出600兆赫下耗散功率2.3瓦、噪声系数小于3分贝的功率低噪声SIT。和双极型晶体管相比,SIT具有以下的优点：①线性好、噪声小。用SIT制成的功率放大器,在音质、音色等方面均优于双极型晶体管。②输入阻抗高、输出阻抗低，可直接构成OTL电路。③SIT是一种无基区晶体管，没有基区少数载流子存储效应，开关速度快。④它是一种多子器件，在大电流下具有负温度系数，器件本身有温度自平衡作用，抗烧毁能力强。⑤无二次击穿效应，可靠性高。⑥低温性能好，在-19℃下工作正常。⑦抗辐照能力比

8、双极晶体管高50倍以上。静电感应晶体管是一种新型器件