隨著功率MOSFET和IGBT的出現(xiàn)，雙極型晶體管的發(fā)展受到一定影響。但在更高電壓、更大電流的應用中，隨著外延層（或單晶）厚度、電阻率的的增加，MOSFET、IGBT導通壓降隨之大幅上升。而雙極型晶體管、晶閘管及其衍生器件由于其具有電導調(diào)制效應，可改善大電流情況下的導通壓降，因此，在高壓、低頻應用領域有著廣泛的需求。在結構方面，MCT多晶硅柵電極下具有雙溝道，分別為開通溝道和關斷溝道。MCT將晶閘管的大電流容量、高阻斷電壓、低飽和壓降特點和MOS場控器件的柵極控制能力結合在一起，降低了低頻應用中晶閘管驅(qū)動功率和驅(qū)動電路的復雜性。由于MCT芯片結構較復雜、制備難度較大、工作條件較嚴苛，因此為了改善MCT的電學特性，需要在深刻理解器件導通機理的基礎上，對器件結構參數(shù)和工藝條件進行精細的設計和優(yōu)化。

1 MCT單胞結構及物理模型選擇

圖1為MCT半單胞結構。為了使得仿真結果具有實際參考意義，根據(jù)電參數(shù)指標要求，利用TCAD半導體器件仿真軟件對MCT單胞橫向、縱向結構參數(shù)進行了設計，后續(xù)的仿真研究以此為基礎。表1為MCT電參數(shù)指標。設計得到的MCT結構參數(shù)和工藝參數(shù)為：溝道寬度為4×106μm；單胞半寬度為15μm，窗口區(qū)半寬度為5μm，多晶硅區(qū)半寬度為10μm；P+襯底厚度和摻雜濃度分別為150μm和1×1019cm-3，襯底晶向為<100>；N-外延層厚度和摻雜濃度分別為160μm和7×1013cm-3（外延層電阻率為63Ω.cm）柵氧化層厚度為60nm，注入過程中犧牲氧化層厚度為20nm；P-體區(qū)注入劑量和能量分別為3.5×1014cm-2和60KeV，P-體區(qū)退火時間和溫度分別為70min和1150℃；N+體區(qū)窗口區(qū)寬度為0.5μm，N+體區(qū)磷注入劑量和能量分別為8×1014cm-2和60KeV；N-體區(qū)磷注入劑量和能量分別為5×1014cm-2和60KeV， N-體區(qū)退火時間和溫度分別為130min和1150℃；P+陰極區(qū)窗口寬度為2μm，P+陰極區(qū)硼注入劑量和能量分別為2×1015cm-2和50KeV， P+陰極區(qū)退火時間和溫度分別為1min和1000℃；開通溝道長度和關斷溝道長度分別為2.7μm和0.8μm；側(cè)墻氧化層厚度為0.5μm；硅材料原始少子壽命為10μs；P+陽極區(qū)與N-外延層之間采用N+緩沖層結構，N+緩沖層為均勻摻雜，摻雜濃度和厚度為變量。縱向結構采用傳統(tǒng)的晶閘管工藝實現(xiàn)，橫向采用DMOS硅柵工藝，終端采用終端結擴展結構。

工藝流程為：擴散P+區(qū)→光刻（一次光刻）擴散P-體區(qū)→光刻（二次光刻）擴散N+區(qū)→生長柵氧化層→生長多晶硅→光刻（三次光刻）擴散N-阱→自對準擴散P+→生長SiO2和Si3N4→光刻（四次光刻）引線孔→蒸鋁→反刻（五次光刻）→鈍化→鈍化光刻（六次光刻）。圖2為設計得到MCT輸出特性曲線，由圖2可知，設計得到的MCT電學性能滿足電參數(shù)指標要求，表明結構參數(shù)設計和工藝條件選擇較合理。

2、N+緩沖層結構對MCT瞬態(tài)特性（TLP）的影響

vgate=5V，vanode=800V；IApeak=150A,上升時間10ns，脈寬6μs，下降時間150ns，周期150μs

2.1 N+緩沖層摻雜濃度的影響，N+緩沖層厚度35μm

（1）1E17cm-3

（2）3E17cm-3

（3）5E17cm-3

（4）7E17cm-3

（5）9E17cm-3

2.2 N+緩沖層厚度的影響

（1）25μm

（2）30μm

（3）35μm