3 電氣特性

GATH具有2個(gè)特征，一個(gè)是多晶硅發(fā)射極，使得開(kāi)關(guān)速度快，獲得高能效。另一個(gè)是以柵P+替代鋁，使得元包微細(xì)。關(guān)斷期間，導(dǎo)電柵把雪崩電流、位移電流、熱激活電流等等各種電流統(tǒng)統(tǒng)拉走，不流經(jīng)元包內(nèi)部，不會(huì)發(fā)生閂鎖、二次擊穿，從而獲得了高可靠。適合于做高壓。聯(lián)柵沒(méi)有柵氧化層，沒(méi)有柵穿問(wèn)題。大管芯的良率很高。大電流加上高壓，GATH能夠做高功率。 

3.1抗電流沖擊能力

最大電流輸出能力測(cè)試：在同樣供電電壓600V下，1200V 20A GATH(20N12)輸出近1000A，IGBT在123A左右；25T120_IGBT(紫紅色③為電流)。

圖3-1 IGBT（1200V 25A）&nbsp         圖3-2 GATH（1200V 20A）

根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算：     表3-1 GATH與IGBT最大脈沖電流密度比較

3.2電流密度

GATH是晶閘管，雙向注入。GATH沒(méi)有柵穿、閂鎖問(wèn)題，大電流管芯成品率高，6吋晶圓單顆管芯最大尺寸15mm*15mm，1200V  GATH  電流達(dá)到600A，成品率達(dá)到96%。1200V GATH的額定電流密度達(dá)到 500A/cm2，是IGBT的2-3倍。

表3-2 幾種器件電流最大電流密度對(duì)比

3.3 短路耐量

GATH是一種優(yōu)化的先進(jìn)的IGCT，短路耐受時(shí)間能夠達(dá)到10mS。

短路耐量從芯片結(jié)構(gòu)的機(jī)理分析，GATH靠?jī)?nèi)部通道控制，通道5μm；IGBT靠表面溝道控制，溝道5nm，因此IGBT的短路電流在溝道被壓縮了千百倍，短路耐受時(shí)間只能持續(xù)10μS。

3.4 最高安全關(guān)斷電流密度

GATH是一種微細(xì)元包的IGCT。元包大小只有IGCT的1/1000，驅(qū)動(dòng)內(nèi)阻也只有IGCT的1/1000。因此，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)便，功耗低，控制力強(qiáng)，可靠性高。

ABB的IGCT，最高安全關(guān)斷電流密度不到100A/cm2。GATH的最高安全關(guān)斷電流密度超出1000A/cm2。

GATH開(kāi)通關(guān)斷簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單邏輯線路，開(kāi)關(guān)一次可實(shí)現(xiàn)。

GATH的關(guān)斷功耗為IGCT的10%。

表3-3 GATH與IGCT關(guān)斷對(duì)比

3.5 均流

GATH過(guò)電壓能力強(qiáng)，容易串聯(lián)。

GATH并聯(lián)，能夠自動(dòng)均流。GATH是晶閘管，電流鎖定，跟驅(qū)動(dòng)強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。而且，GATH工作在零溫度系數(shù)區(qū)附近。環(huán)境溫度的差異對(duì)電流的影響不大。

IGBT并聯(lián)難均流，因?yàn)轵?qū)動(dòng)強(qiáng)弱的分散性和環(huán)境溫度的分散性，造成并聯(lián)的各支路直流的電流大小不均。

所以，GATH并聯(lián)各支路的電流更容易均勻。GATH比IGBT更適合通過(guò)并聯(lián)獲得大電流。

3.6工作溫度

GATH沒(méi)有閂鎖問(wèn)題，最高結(jié)溫200℃。

一般認(rèn)為，溫度上升10℃，功率管的失效率增加一倍。溫度上升25℃，失效率增加5倍。GATH的能夠承受的最高結(jié)溫比IGBT高25°C，實(shí)際的最高結(jié)溫比IGBT低幾十度。僅此熱特性，就能夠使GATH的失效率比IGBT低一個(gè)量級(jí)。IGBT的主要失效模式是過(guò)電壓雪崩引發(fā)閂鎖。而GATH沒(méi)有閂鎖機(jī)制。這一條，使GATH的失效率更降低若干量級(jí)。

表3-4 幾種器件工作溫度對(duì)比

3.7高功率

IGBT的主要失效模式是閂鎖，阻斷電壓越高越容易閂鎖。IGBT產(chǎn)品的最高耐壓只有6500V。GATH沒(méi)有閂鎖問(wèn)題，能夠做8000V產(chǎn)品。

表3-5 GATH（逆導(dǎo)型）的產(chǎn)品能力（單顆管芯）

RCACTH可封裝 3300V 3000A，4500V 5000A，6500V 1200A，比現(xiàn)有IGBT電流能力提高一倍。

（1）GATH電流能力是IGBT2-3倍，相同規(guī)格芯片面積為IGBT 1/3-1/2；

（2）GATH可做逆導(dǎo)型；

（3）考慮散熱等問(wèn)題，實(shí)際功率增加一倍。

圖3-3 IGBT封裝外形 圖3-4 IGBT內(nèi)部封裝結(jié)構(gòu)

圖3-5 IGBT需要合封二極管           圖3-6 RCGATH 封裝（1:3）

采用與IGBT相同外形封裝RCGATH，功率提高一倍。以6500V 600A IGBT模塊為，單顆IGBT芯片為25A，一顆6500V 50A FRD配兩顆25A IGBT，6500V 600A 封裝36顆芯片（其中12顆FRD，24顆IGBT），換成相同尺寸6500V RCGATH 75A，同樣封裝空間，考慮散熱問(wèn)題，保守計(jì)算1200A。

因此，在高壓大電流場(chǎng)景，3300V—8000V，以及1200V、1700V大于1000A的應(yīng)用場(chǎng)景，GATH優(yōu)勢(shì)顯著。

表3-5  GATH與IGBT性能對(duì)比