IGCT特性的优化改进

IGCT与IGBT是当前功率器件中电流控制型和电压控制型的前沿器件，市场对功率器件高性能的要求推动着两大器件的改进，两者之间的竞争也推动着它们的发展。

目前，对IGCT的改进，主要是对其驱动电路GDU进行提高，对管芯GCT进行优化。

GCT驱动电路的储能单元通常是电解电容，如图2-20所示，其占据了驱动电路上的很大面积。GCT工作的环境通常处于比较高的温度状态，可达125^οC。电解电容在高温下其稳定性会受到比较大的影响，特性会退化，时间长了，其电容会显著减小，因而，对于其驱动电路，要保证其周围的温度不能太高。在这方面，陶瓷电容有更优良的特性，可以耐高温，而且和电解电容相比较，单位体积能提供更大的电容量，这样就便于门极驱动电路的集成。

对于IGCT的管芯GCT，在其结构上面也进行了一系列的改进。针对GCT的通态损耗与关断损耗之间的矛盾关系，提出了一个单片双管结构的GCT，结构和原理图如图2-22所示。

对于这两个GCT，进行了不同程度的优化，分别得到低的开通损耗和低的通态压降，对于GCT管A，通态损耗小，开通时电流主要从该管流过，对于GCT管B，其具有较小的关断损耗。工作时，两管同时开通，开通后，电流主要从A管通过，B管只有很小的电流流过，这样，通态损耗比较低。当需要关断时，先关断A，电流换流到管B，此时电路仍然处于开通状态，然后关断B，这样，关断损耗也较小。对于该驱动的实现，其门极驱动要求如下，开通时，同时加上开通信号，关断时，先关断A，然后再关断B，可见，门极关断信号需要两个，这就要求关断电路有两个，在一定程度上提高了驱动电路的复杂性。由于B的开通损耗比较大，因此，A、B关断的时间间隔需要较短，这样可以减少主要电流流过B时的损耗。这段时间如图2-23所示，为t₂～t₃。

图2-22 双管GCT(www.xing528.com)

图2-23 门极信号的状态

对于GCT的结面，提出了一个新的非平面结构，如图2-24所示。

经过传统的工艺形成J₂结面后，在需要推进结面的区域进行离子注入，其他区域用掩模保护起来，通过调整离子注入时的窗口形状和注入剂量可以得到不同的结构。通过对器件的测试可以得到，在通态和断态其与普通结构的GCT并没有很明显的差别，而且功耗也并没有增大。结面的差异选取合适，可以增大其安全工作区，在低温下尤其显著。对于可承受4.5kV的器件，外加2.8kV电压，在25℃下的电流最大可以达到7.2kA，而对于普通的IGCT，采用了单元优化和载流子寿命优化措施后仅可达到5kA，而在125℃高温下，这一优势被缩小了，分别为6.7kA和6kA。而且对于新结构的IGCT，其上可以看到自夹断能力，其感应电压在达到击穿电压时被夹断了，这一现象虽然在IGBT的连接中被广泛的描述，但在大面积的IGCT中是首次发现。

图2-24 GCT的非平面结构