10 kVSiC GTO器件特性研究*

程 琳，羅佳敏，龔存昊，張有潤，唐 毅，門富媛，都小利

（1.國網安徽省電力有限公司培訓中心，合肥 230022；2.電子科技大學電子科學與工程學院，成都 611731）

1 引言

門極可關斷晶閘管（Gate Turn-Off Thyristor，GTO）具有雙向載流子注入和電導調制效應，能在高阻斷電壓下具有大電流處理能力。SiC GTO非常適合應用在極高峰值電流下以快速電流變化率（di/dt）開關的場合，目前已經能夠實現上萬次可靠運行，與壓控型功率開關器件相比，SiC GTO沒有柵氧，可以在惡劣的高溫條件下使用[1-4]。超高壓SiC GTO功率開關器件（大于10 kV）應用在高壓柔性和直流輸電、電機驅動和電力牽引等民用領域，對于提升電力輸送、推動和牽引等系統性能是非常重要的，是推動電力電子技術革新的關鍵技術之一[5]。此外，在高功率脈沖開關、電磁炮等未來的先進軍事裝備上，SiC GTO也具有重要的應用價值，能滿足下一代裝備對大功率開關器件在功率密度、工作效率和裝置體積等方面提出的更高要求[6]。因此，發展超高壓SiC GTO器件對推動電力電子技術發展至關重要，具有重要的社會和經濟效益。

1997年，首個4H-SiC GTO器件被報道，但是由于沒有結終端設計，其阻斷電壓僅為700 V[7]。此后得益于4H-SiC單晶襯底的制備和制造工藝的日益成熟，SiC GTO器件得到了快速發展。2015年Cree公司研制并報道了芯片面積為2 cm2的SiC GTO，正向阻斷電壓達到22.1 kV，100 A/cm2電流密度下的導通壓降為6.5 V，導通電阻為7.7 mΩ·cm2[8]。2016年SCHROCK等對SiC GTO器件進行了重復性脈沖放電特性測試失效分析，15 kV/52 A@100 A/cm2的SiC GTO器件經過了上萬次脈沖放電測試，承受的脈沖峰值電流為3.85 kA/cm2，脈沖寬度為100μs，脈沖頻率為0.5 Hz[9]。……