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电力电子技术作为一门新兴技术,能够对电能进行转化和处理,并且广泛应用于大功率的电力转变和管理。它能够顺利实施取决于具有不同功能的电力电子系统,而这些系统的关键是功率半导体器件,其中MOS控制晶闸管(MCT)是一种电压控制的双极型器件,它具有通态压降低、导通电流大、导通损耗小、开关速度快的优点,这些特性让它在电力电子领域的应用较为广泛。MOS控制晶闸管的需求量随着环境工程、矿藏开采、生物工程等产业的大力发展而迅速增加,但国内MCT的整体技术水平还未成熟,芯片设计基础比较薄弱。本文通过MCT的相关电学特性的研究,设计出一种具有4000V的高瞬态MCT。主要工作如下:(1)首先对电力电子技术和功率器件的发展以及MCT的发展历程和国内外的研究现状进行了一个简单的说明,详细解释了晶闸管以及MCT的结构、工作原理、静态和动态特性,根据分析提出了提高器件耐压能力以及导通特性的途径,为后面的器件的设计优化奠定了理论基础,此外在进行器件参数选取时要注意对器件的耐压能力以及导通特性进行折衷。(2)完成了4000VMCT的结构优化设计:元胞部分,通过对阻断电压和瞬态电流的要求分别确定器件硅片厚度、栅极长度、有源区面积、P阱区和N阱区的结深和注入剂量等器件的结构参数;结终端部分,首先介绍了常用的几种结终端技术,并结合这些技术以及现有的工作条件设计出了一种满足耐压要求的结终端结构;通过仿真工具确定了器件工艺制造流程;最后根据器件优化的结果以及工艺流程来进行版图的绘制并且成功流片。3)测试器件相关电学参数。器件的击穿电压值超过4000V,导通电流达到10A对应的电压降大约在5V左右,阈值电压大约为6V。搭建动态测试平台,当电源电压为3500V时,器件瞬态电流峰值超过5000A,电流上升率大约为40KA/μs。该器件具有高阻断电压,减小了放电电容的大小,从而有利于器件小型化;并且具有高瞬态电流,在瞬态电流一致的情况下,可以避免多个器件串联,简化电路。