定量分析功率器件GAT的栅屏蔽效应①.PDF

第 38 卷　第 5 期 . 38　 . 5 ( ) V o l N o 厦门大学学报 自然科学版 　1999 年 9 月 ( ) Sep. 1999　 Jou rnal of X iam en U n iversity N atu ral Science ① 定量分析功率器件 GA T 的栅屏蔽效应 庄宝煌　黄美纯　朱梓忠　张志鹏　李开航　吴丽清 ( 厦门大学物理学系　厦门　361005) 摘要　建立了 GA T 器件集电结耗尽层电位分布和电场分布的二维解析模型, 定量研究了 GA T 的栅屏蔽效应的解析表达式并借助计算机对栅屏蔽效应给以证实. 该模型可供优化设计双极 型高频、高压、低饱和压降功率器件参考. 关键词　功率器件, GA T , 屏蔽效应, 解析模型 中国图书分类号　 323. 4, 323. 8 TN TN 常规双极型功率器件和高压开关器件由于基区宽度受高反压的限制设计上做不薄, 因此 其工作频率或基区宽度和工作电压设计上互不兼容. 1980 年, Kondo H. 和同事 Yuk im o to Y. ( ) [ 1 ] 发明了一种被称为 GA T Gate A ssociated T ran sisto r 的晶体管 . 与常规器件相比, GA T 除 了芯片面积较大这一缺点外, 由于它具有所谓的“栅屏蔽效应”, 因此实现了高频率与高电压的 ② 兼容. 1983 年, 浙江大学教授陈启秀设计并研制了 GA T 器件 . 1996 年, 北京工业大学与北京 腾达公司采用新型网格结构等技术批量生产了 GA T [ 2 ] , 若采用双层硅外延片技术[ 3 ] GA T 将 更有应用前景. 必须指出, GA T 具有很强的抗核辐照性能, 文献[ 4 ]所研究的所谓新型抗核辐 照高压功率晶体管 SEB IS IT 实际上就是 GA T. 虽然 GA T 算不了新器件, 然而由于至今为止 关于 GA T 的理论都采用一维分析或者定性分析, 这对于定量优化设计 GA T 或深刻理解 GA T 的物理实质很不够. 为了 GA T 理论的科学性和完整性以及为了今后提供定量优化设计 GA T 的方案, 本文将通过二维解析方法尝试分析 GA T 的栅屏蔽效应. 1　GA T 的基本结构单元和工作机理定性分析 GA T 是把JFET (Junction F ield Effect T ran sisto r) 的栅置入普通BJT (B ipo lar Junction T ran sisto r) 的基区, 形成: 横向, 发射极被基极包围的覆盖式结构; 纵向, 基区的一部分伸展到 集电区中, 构成与基极并联的栅墙作用, 如图 1 所示. ( ) , 靠近淡基区 GA T 的实质为: 向集电区突入的深阱浓基区栅相当于JFET 的“栅”Gate ( ) 的集电区相当于JFET 的“源”Sou rce