随着大功率半导体器件在轨道交通、智能电网、新能源及消费级电子产品等领域的广泛应用,对器件性能和可靠性的要求也越来越高。为了进一步降低大功率器件的通态损耗并提高可靠性,本文提出了一种电子注入增强型双模式MOS控制晶闸管(IE-Bi-MCT)新结构。该结构是将IGBT中的载流子存储(CS)层引入基极电阻控制晶闸管(BRT)中,在降低通态压降的同时,具有更强的电流关断能力,并可以有效抑制BRT中的snapback现象,避免了 IGBT的闩锁效应。主要研究内容如下:1.以6.5kV电压等级为例,分析了 IE-Bi-MCT的结构特点与工作原理;利用TCAD软件进行结构建模,通过分析新器件内部的载流子浓度分布、电流密度分布及电场强度分布等,研究了其阻断、开通、导通、关断机理和特性。结果表明,新器件阻断时需要在栅极施加负偏压;导通时栅极施加正偏压可以按IGBT和晶闸管双模式工作,即使除去栅极正偏压,仍可按晶闸管单模式工作;关断时栅极施加负偏压,可以关断较大的阳极电流。2.对比分析了 IE-Bi-MCT和BRT的I-V特性,并对snapback现象及其抑制机理进行了研究。结果表明,新器件可以有效抑制snapback现象,大大降低器件的通态损耗。3.研究了 IE-Bi-MCT的最大可关断电流密度的影响因素,分析了关键结构参数、温度等变化对器件静、动态特性以及snapback现象的影响,并提取出最优的结构参数。结果表明,各结构参数之间有很强的关联性,通过合理选择结构参数可以避免低温下snapback现象的出现。4.对比研究了优化后的IE-Bi-MCT与相同电压等级的BRT和IGBT的各项特性,结果表明,在相同的阻断电压下,与BRT相比,IE-Bi-MCT不仅能够抑制snapback现象,还具有较强的电流关断能力;与IGBT相比,IE-Bi-MCT具有更低的通态压降。5.分析了 IE-Bi-MCT的关键工艺及其与IGBT工艺的兼容性,制定了工艺制作流程,通过工艺仿真提取了工艺条件。该研究结果对高压MOS栅控器件的研发提供理论指导。