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a)本论文首先从理论上对大功率GTO的基本工作原理进行了详 细的分析，给出了作者用TMA-EMDICI商用器件模拟软件对GTO 关断特性的模拟结果。 b)本论文对影响大电流关断能力的P基区杂质分布，径向扩散浓 度和少子寿命的均匀性以及湿法挖槽的凹槽门极结构进行了 工艺实验研究。结果证明，当阴极-门极结前沿的P基区浓度 Cpj控制在1-3×1017/cm3范围时，GTO的P基区横向电阻符合二 维关断增益的要求，而且这样的GTO还具备低通态电压和高浪 涌电流的晶闸管（SCR）的良好特性。真空闭管镓扩散的大直 径硅片上扩散参数和少子寿命的分布极不均匀，引起GTO在小 电流下的关断“撇脚”现象，下降时间变长，从而引发个别小 单元的电流集中使GTO烧毁失效。因此本论文作者在国内创新 开发了改进性的锗镓源（Ge-Ga）闭管充气扩散法，从而有效的 改进了径向扩散参数均匀性，实现了GTO的大电流可关断能 西安理工大学博士学位论文 力。 C)本论文在国内创新开发了湿法挖槽的叮 凹槽新工艺，其槽底 非常平坦，槽型可与干法反应离子刻蚀戳)的槽型相媲美。 GTO槽底平坦性要比国外某些公司的“ 槽底平坦性好。从而 提高了GTO压接式封装的可靠性。 d)作者对关断损耗E。；f的分析表明，由于尾部时间为下降时间的 10七0倍，所以尾部电流损耗占关断损耗巳。。的绝大部分。阳 极短路结构不仅能通过降低阳极发射极的注射比而减小a；，而 且能在最佳的短路图形下使存贮的少子电荷通过短路的n”区 排除到达阳极，大大降低尾部电流。 e)我们在国内创新设计了与国外传统阳极短路结构完全不同的 环形阳极短路的1000A”500V大功率叮，尤其考虑了不同短 路环图形及分布对尾部电流It。；l（关断损耗E。。，）及通态特性 的强烈影响。环形阳极短路结构简化了双面光刻的对版工艺， 提高了叮 制造工艺的效率，降低了成本，同时也真正实现了 阳极短路环均匀抽出残余载流子的能力。研究结果证明，将短 路比为 50％的多环短路结构与 12Mev的高能电子辐照相结合， 可获得最小的尾部电流／尾部时间，从而使高温关断能力最强。 f)作者在文中详细讨论了该叮 的制造工艺过程和工艺参数。为 了获得辐照前长而均匀的芯片少子寿命，工艺中首先用改进的 锗嫁一扩获得了20微秒的高寿命值，其后的四次高温氧化采 用了集成电路 IC制造常用的掺氯氧化工艺既三氯己烯门CE)张昌利 新型阳极短路环GTO晶闸管2000年9月 氧化吸收，避兔了普通氧化的少子寿命下降问题。最后一次高 温扩散则采用阳极面的高浓度P吸收，使少子寿命再次提高到 5060微秒左右。同时该高浓度P”又反扩散到凹槽门极处而大 大降低了门极处的横向电阻，提高了关断负门极的抽取能力。 在此长而均匀的寿命基础上，用轻剂量的电子辐照配合阳极短 路，将少子寿命均匀地降低到10d2微秒。 g)作者通过对通态电压VT。和尾部电流It。；l的测试比较，发现短 路比为25％的单环短路图形的元件的通态电压低、擎住电流小。 但它的尾部电流大／尾部时间长，高温 125T时常常发生关断 之后的再导通既关断失败。而短路比为50％的多环结构的元件 尾部电流和尾部时间合适，采用 12Mev高能电子辐照之后，多 环结构的元件尾部电流和尾部时间更小，高温关断能力更好。 h) 本论文作者分析了600A／1800VGT0的门极槽型结构对门极阻 抗和关断能力的影响，在国内创新开发了新颖的“两级门极挖 槽台面结构厂，降低 了 2500A／4500V GTO的动态门极电阻，提 高了大电流叮 元件的使用可靠性。 )由于高压大电流 2500A八500V GTO在门极关断过程中，门极负 电流流动时，不可避兔地存在着门极自偏压效应什e十iased efkct厂 所以大直径硅片上多圈发射极单元的边缘阴极条关 断必然缓慢，由此作者创新开发了新颖的‘阳极短路补偿环’ 结构。该‘阳极短路补偿环’结构至今还未见在国际电子器件 杂志IEEEED和国际会议上有类似的报导。实验证明，该结构V 西安理工大学博士学位论文 的确能避兔上述的关断非均匀性，从而将邮3．smm阳极短路 GTO的电流关断能力从2000A提高到3000A。j)本论文在国内首次创新研究了用质子辐照来实现叮 的局部 少子寿命控制。作者用SILVACOATLAS模拟软件对新型少子 寿命控制的质子辐照的缺陷复合率、载流子分布进行了精确模 拟。对叮 器件的3MeV、SMeV、7MeV质子辐照进行了实验比 较，找出了低寿命控制区的位置。实验证明，7MeV质子辐照 可使尾部电流降低到电子辐照GTO的25见k