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集成门极换流晶闸管(IGCT)采用“硬驱动”技术来控制其开通和关断,门极控制单元需要提供一个上升率和幅值很高的电流脉冲,这要求GCT和门极驱动单元之间必须有很低的电感和电阻,因此通常将GCT与门极驱动电路集成在一个印刷电路板上,这会使得IGCT的驱动电路很复杂,体积庞大且灵活性低。为解决IGCT存在的上述问题,本文提出了一种双门极MOS-GCT,将关断电路中的pMOS管直接集成在GCT芯片上,利用负栅压来控制pMOS开通,以实现内部瞬间换流,达到简化驱动电路的目的。本文以3.3kV电压等级为例,利用Sentaurus-TCAD软件研究了双门极MOS-GCT的开关机理,并对各项特性进行仿真,分析了关键结构参数及高温对器件特性的影响,最后对一种集成化MOS-GCT的工作机理和特性进行了研究。主要研究内容如下:第一,分析了双门极MOS-GCT的结构、工作原理及其工艺特点,确定了芯片制作的工艺流程,并进行了相应的工艺模拟。建立了结构模型和动态特性测试电路,仿真分析了关断过程中器件内部的电场强度分布、载流子浓度分布及电流密度的变化,研究了双门极MOS-GCT的关断机理。研究表明,双门极MOS-GCT在关断时可实现内部瞬间换流。第二,研究双门极MOS-GCT的静、动态特性,分析了关键结构参数,如集成的pMOS的结构参数,n-基区,p基区厚度以及n+阴极区宽度对器件各项特性的影响,并提取合理的结构参数;对比分析了温度对器件特性的影响。第三,将双门极MOS-GCT的开通门极(Gon)和关断门极(Goff)合并,形成了一种集成化的MOS-GCT。分析了集成化MOS-GCT的结构特点与工艺方法,研究了其阻断与开关机理,并与双门极MOS-GCT的各项特性进行了对比。结果表明,采用集成化门极的MOS-GCT在开关特性上虽略逊于双门极MOS-GCT,但完全可以通过电压来驱动,因此可进一步简化了驱动电路和封装结构。本文的研究结果对IGCT的设计与开发有一定的参考价值。