MOS控制晶閘管(MCT)相關(guān)解析
MCT (Mlos Controlled GTO) MOS和GTO復(fù)合器件，在導(dǎo)通時(shí)門極反偏，P溝MOS起作用，截止時(shí)門極正偏N溝MOS起作用。
MCT結(jié)構(gòu)原理圖，如圖所示MCT具有電流密度高的特點(diǎn)，200℃時(shí)達(dá)500A/cm2，小元件達(dá)6kA/cm2導(dǎo)通電壓低、損耗低、耐di/dt及dH/at能力強(qiáng)，dH /dt達(dá)8kV/μs，已做成5kV、2kA高耐壓、大電流的元件，據(jù)認(rèn)為MCT很有希望替代GTO晶閘管。
EST (Emitter Switched Thyristor)還有與EST同樣結(jié)構(gòu)元件叫ITT(IGBT Triggered Thyristor) 。圖為EST結(jié)構(gòu)剖面圖，EST輸出特性。
DMT (Depletion Mode Thyristor) DMT的結(jié) 構(gòu)和等效電路如圖所示，其原理是一個(gè)具有溝槽式結(jié)構(gòu)的M0S控制極的晶閘管勢(shì)壘變化，進(jìn)行導(dǎo)通、關(guān)斷。關(guān)斷電流在電阻性負(fù)載達(dá)2000A/cm2在高溫200℃關(guān)斷電流達(dá)500A/cm2比MCT大一個(gè)數(shù)量級(jí)。
MOS柵極控制晶閘管充分地利用晶閘管良好的通態(tài)特性、優(yōu)良的開通和關(guān)斷特性，可望具有優(yōu)良的自關(guān)斷動(dòng)態(tài)特性、非常低的通態(tài)電壓降和耐高壓，成為將來在電力裝置和電力系統(tǒng)中有發(fā)展前途的高壓大功率器件。目前世界上有十幾家公司在積極開展對(duì)MCT的研究。
MOS控制晶閘管主要有三種結(jié)構(gòu)：MOS控制晶閘管(MCT)、基極電阻控制晶閘管(BRT)及射極開關(guān)晶閘管(EST)。
MCT(MOS-Controlled Thyristor)是一種新型MOS與雙極復(fù)合型器件。它采用集成電路工藝，在普通晶閘管結(jié)構(gòu)中制作大量MOS器件，通過MOS器件的通斷來控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷。
MCT既具有晶閘管良好的關(guān)斷和導(dǎo)通特性，又具備MOS場(chǎng)效應(yīng)管輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率低和開關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，克服了晶閘管速度慢、不能自關(guān)斷和高壓MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通壓降大的不足。
所以MCT被認(rèn)為是很有發(fā)展前途的新型功率器件。MCT器件的最大可關(guān)斷電流已達(dá)300A，最高阻斷電壓為3KV，可關(guān)斷電流密度為325A/cm2，且已試制出由12個(gè)MCT并聯(lián)組成的模塊。
MOS控制晶閘管(MCT)最早由美國GE公司研制，是由MOSFET與晶閘管復(fù)合而成的新型器件。每個(gè)MCT器件由成千上萬的MCT元組成，而每個(gè)元又是由一個(gè)PNPN晶閘管、一個(gè)控制MCT導(dǎo)通的MOSFET和一個(gè)控制MCT關(guān)斷的MOSFET組成。
MCT是一個(gè)真正的PNPN器件，這正是其通態(tài)電阻遠(yuǎn)低于其它場(chǎng)效應(yīng)器件的最主要原因。MCT既具備功率MOSFET輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快的特性，又兼有晶閘管高電壓、大電流、低壓降的優(yōu)點(diǎn)。
其芯片連續(xù)電流密度在各種器件中最高，通態(tài)壓降不過是IGBT或GTR的1/3，而開關(guān)速度則超過GTR。
一個(gè)MCT器件由數(shù)以萬計(jì)的MCT元組成，每個(gè)元的組成如下：PNPN晶閘管一個(gè)（可等效為PNP和NPN晶體管各一個(gè)），控制MCT導(dǎo)通的MOSFET（on-FET）和控制MCT關(guān)斷的MOSFET（off-FET）各一個(gè)。
當(dāng)給柵極加正脈沖電壓時(shí)，N溝道的on-FET導(dǎo)通，其漏極電流即為PNP晶體管提供了基極電流使其導(dǎo)通，PNP晶體管的集電極電流又為NPN晶體管提供了基極電流而使其導(dǎo)通，而NPN晶體管的集電極電流又反過來成為PNP晶體管的基極電流，這種正反饋使α1+α2>1，MCT導(dǎo)通。
當(dāng)給柵極加負(fù)電壓脈沖時(shí)，P溝道的off-FET導(dǎo)通，使PNP晶體管的集電極電流大部分經(jīng)off-FET流向陰極而不注入NPN晶體管的基極，因此，NPN晶體管的集電極電流(即PNP晶體管的基極電流)減小，這又使得NPN晶體管的基極電流減小，這種正反饋使α1+α2<1,MCT關(guān)斷。
MCT阻斷電壓高，通態(tài)壓降小，驅(qū)動(dòng)功率低，開關(guān)速度快。雖然MCT目前的容量水平僅為1000V/100A，其通態(tài)壓降只有IGBT或GTR的1/3左右，但其硅片的單位面積連續(xù)電流密度在各種器件中是最高的。
另外，MCT可承受極高的di/dt和du/dt，其值高達(dá)2000A/ s 和2000V/ s，這使得保護(hù)電路可以簡(jiǎn)化。其工作結(jié)溫亦高達(dá)150～200℃。已研制出阻斷電壓達(dá)4000V的MCT，75A/1000VMCT已應(yīng)用于串聯(lián)諧振變換器。
MCT的開關(guān)速度超過GTR，開關(guān)損耗也小。總之，MCT被認(rèn)為是一種最有發(fā)展前途的電力電子器件。隨著性能價(jià)格比的不斷優(yōu)化，MCT將逐漸走入應(yīng)用領(lǐng)域并有可能取代高壓GTO，與IGBT的競(jìng)爭(zhēng)亦將在中功率領(lǐng)域展開。
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