MOS柵控晶閘管在超高di/dt應用中的失效分析

劉亞偉，陳萬軍

（電子科技大學電子薄膜與集成器件國家重點實驗室，成都 610054）

1 引言

脈沖功率技術已廣泛應用于環境工程、生物醫療、節能減排、材料制備等諸多領域[1-3]。而在脈沖功率系統中，脈沖開關是至關重要的一部分，它需要具備承受高關態阻斷電壓、高開態電流密度、高di/dt的能力。火花隙、閘流管等傳統脈沖功率開關曾被廣泛應用于脈沖系統中，但該類器件同時具有開關速率低、使用壽命短、驅動電路復雜、體積龐大等缺點[4,5]。隨著半導體技術的發展，固態脈沖開關器件的低成本、高效率、小體積等特性使其成為替代傳統開關器件的絕佳選擇。VDMOS、IGBT等固體開關器件因其較大的導通電阻阻礙了其在超高電流峰值、超高di/dt條件下的應用；SCR和GTO等器件由于受電流驅動控制開關開啟，增加了驅動電路的復雜性，限制了其應用范圍；而MOS柵控晶閘管（MCT）具有導通電阻低以及電壓控制的特點，使其在脈沖功率領域得到廣泛應用[6-8]。

但MCT器件在超高di/dt條件下放電時，器件柵氧化層極易損壞，本文針對MCT在超高di/dt條件下脈沖放電時器件的柵極失效問題進行研究，搭建測試平臺，通過仿真和測試分析回路中器件陰極電感對柵極與陰極之間電勢差的影響，建立柵極與陰極電勢差變化模型，分析并驗證模型中陰極電感和柵極串聯電阻在脈沖放電過程中對器件可靠性的影響。

2 MCT器件的失效分析

2.1 MCT的工作原理及測試電路

圖1是MCT器件的半元胞結構示意圖和等效電路……