工业应用中使用的晶闸管的损失是设计此类驱动器的重要因素。此外，长期稳定性和激增电流能力也是必须考虑的关键问题。如今，在这种应用中，晶闸管的阻塞电压通常为7 kV至8 kV，这有助于减少中型电压（MV）驱动器的串行设备数量。
为了满足工业应用的这些需求，Infineon Technologies双极引入了新的8.5 kV晶闸管，在状态下损失低，并且在TVJ = 125°C时具有高阻滞能力。硅设计的优化以及诸如低温烧结（LTS）和电活性无定形碳钝化（AC：H）之类的良好过程来实现这种性能。同样，阻塞电压的定义是根据应用程序需求量身定制的。低损耗晶闸管具有150毫米（6英寸）的硅直径，其包装中的出色参数为135毫米极块直径（见图1）。这种新的晶闸管具有与已经为HVDC开发的现有9.5 kV 6英寸晶闸管的优势[1，2]。大直径可以在短时间内适应较小的尺寸，例如100毫米（4英寸）和125毫米（5英寸）。
新的8.5 kV 6英寸的电触发晶闸管，带135毫米杆
图1：新的8.5 kV 6英寸电触发晶闸管，带135毫米杆
LTS的新晶闸管概念
LTS技术基于扩散焊接的概念，并形成了整个区域硅和钼载体之间的固体冶金过渡（参见图2A中的LTS层）。与图2B所示的自由浮动组件（FF）的硅和钼之间的干界面相反，LTS设计的热电阻显着较低。此外，在具有双侧负斜角和两个Mo-Contact圆盘的FF组装的突出连接终止区域之间没有直接的热耦合。这可能会限制在非常高的周期性阻断电压VRRM和VDRM处的工作温度。
图2A：LTS设计和截止点负阳性斜角的横截面
FF设计和双侧负斜角的横截面
图2B：FF设计和双侧负斜角的横截面
基于现有4英寸设备的LTS和FF设计中的关键参数的比较
表1：基于现有4英寸设备的LTS和FF设计中的关键参数的比较[3，4]
结果，LTS设计的较高散热导致更高的工作温度高达125°C。这对关键晶闸管参数没有负面影响，例如电流电流或长期阻塞电压稳定性和周期性阻断电压能力。通过LTS，高反向电流流动期间的功率损失，尤其是在交界处终止中，已经充分消散。
据报道，的周期性阻断电压VRRM和VDRM可以进一步增加15-20％，而不会增加硅晶片厚度。根据标准标准（IEC 60747-6）对遭受定期电压应力的晶杆进行了测试[2]。典型的电流和电压特性如图3所示。将TP = 10 ms的半正弦施加，幅度等于工作电压VRWM。在TP = 300 ?s的较短时期，这种基本正弦波被激增电压VRRM叠加，并具有较高的振幅。在此设置中，阻止电流可以在非常高的电压VDRM和VRRM处达到几个AMP的值。
通过引入此脉冲峰值测试概念，可以进行两个改进选项：
硅厚度保持恒定，即与现有的晶闸管相同，并且VDRM/VRRM增加。这导致串联连接的设备和相应组件的数量显着减少，但没有增加州的损失。
与现有的晶闸管相比，硅厚度降低，VDRM/VRRM保持恒定，但单晶状体的状态电压下降VT显着降低。
对于本文描述的新的低损失概念，已选择第二种选择将硅厚度降低6％，以便达到明显较低的状态电压下降VT和动态损失，但对阻断功能没有负面影响。
设备性能
图3描述了典型的新型低损耗6英寸设备的周期性阻塞测试，该设备在VRRM = 8.5 kV且F = 50 Hz处受到周期性电压应力。分别在四个温度，25°C，90°C，115°C和125°C下测试了记录的阻塞电压和泄漏电流波形。通常，按照不同制造商的建议，所应用的工作电压VRWM为峰值电压VRRM的60％至80％[2，5]。使用新概念，所选的VRWM大约是重复峰值反向阻断电压VRRM的90％。
使用半正弦波VRWM = 7.5 kV叠加到电涌电压至VRRM = 8.5 kV（tp = 300 ?s），在不同的工作温度下的周期性阻塞电压和电流
图3：使用半正弦波VRWM = 7.5 kV叠加到电涌电压至VRRM = 8.5 kV（TP = 300 ?S），在不同的工作温度下进行周期性阻塞电压和电流
在图4中显示了针对温度行为的典型泄漏电流集。在此测试中，新的8.5 kV低损耗装置的阻塞性能对于高达125°C的连接温度和50 Hz的频率被证明。
使用半正弦波（VRWM，VDWM = 8.5 kV，tp = 10 ms）测试的泄漏电流与工作温度来自周期性阻塞电压测试
图4：使用半正弦波（VRWM，VDWM = 8.5 kV，tp = 10 ms）测试的泄漏电流与工作温度。
此外，图5中证明了峰值电压阻滞性能。该设备在125°C下的功能高达9.5 kV峰阻滞电压。该数据突出了新设计的阻塞余量，从而实现了数十年的长期阻塞稳定性。该边距的关键技术是使用电活性AC：H层的LTS加入过程和斜面钝化过程。
使用半正弦波VRWM = 7.5 kV，在不同温度和电涌电压下（TP = 300 ?s）处的脉冲峰值测试（单脉冲）的泄漏电流与阻断电压
图5：使用半正弦波VRWM = 7.5 kV，在不同温度和潮流电压下（TP = 300 ?s）处的脉冲峰值测试（单脉冲）的泄漏电流与阻断电压
新设备不仅显示出出色的阻塞能力，而且晶闸管的损失也大大减少了。在图6中，显示了150毫米硅直径的损失的减少，相当于切换损耗降低约30％。与当前的设计相比，减少的损失是由恢复电荷QR引起的，在同一状态电压VT处。
现有和新的低损耗的QR与VT，在工作温度为125°C下的8.5 kV 4英寸晶闸管，使用IT = 3 ka，di/dt = -1.5 A/S，源自一些经过测试的设备，VR = -100 V -100 V
图6：在工作温度为125°C下的现有和新的低损耗8.5 kV 4英寸晶圆的现有和新的低损耗的QR与Vt
在图7中，显示了新的低损耗晶闸管的计算数据，其直径为100 mm。对于定义的条件，它= 1.5 ka，di/dt = -1.5 A/?S，VR = -100 V，该较小设备的阻断功能的性能与150 mm硅直径设备一样高。
使用定义的条件使用100毫米极片的反恢复电荷QR和状态电压下降VT之间的折衷权衡：IT = 1.5 ka，di/dt = -1.5 a/s，vr = -100 v = -100 v-100 v
图7：使用定义的条件使用100毫米极片的反向回收电荷QR QR和状态电压下降VT之间进行了计算的权衡：IT = 1.5 ka，di/di/dt = -1.5 a/s，s，vr = -100 V -100 V
