3 电气特性

GATH具有2个特征，一个是多晶硅发射极，使得开关速度快，获得高能效。另一个是以栅P+替代铝，使得元包微细。关断期间，导电栅把雪崩电流、位移电流、热激活电流等等各种电流统统拉走，不流经元包内部，不会发生闩锁、二次击穿，从而获得了高可靠。适合于做高压。联栅没有栅氧化层，没有栅穿问题。大管芯的良率很高。大电流加上高压，GATH能够做高功率。 

3.1抗电流冲击能力

最大电流输出能力测试：在同样供电电压600V下，1200V 20A GATH(20N12)输出近1000A，IGBT在123A左右；25T120_IGBT(紫红色③为电流)。

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

根据实验计算：     表3-1 GATH与IGBT最大脉冲电流密度比较

3.2电流密度

GATH是晶闸管，双向注入。GATH没有栅穿、闩锁问题，大电流管芯成品率高，6吋晶圆单颗管芯最大尺寸15mm*15mm，1200V  GATH  电流达到600A，成品率达到96%。1200V GATH的额定电流密度达到 500A/cm2，是IGBT的2-3倍。

表3-2 几种器件电流最大电流密度对比

3.3 短路耐量

GATH是一种优化的先进的IGCT，短路耐受时间能够达到10mS。

短路耐量从芯片结构的机理分析，GATH靠内部通道控制，通道5μm；IGBT靠表面沟道控制，沟道5nm，因此IGBT的短路电流在沟道被压缩了千百倍，短路耐受时间只能持续10μS。

3.4 最高安全关断电流密度

GATH是一种微细元包的IGCT。元包大小只有IGCT的1/1000，驱动内阻也只有IGCT的1/1000。因此，驱动简便，功耗低，控制力强，可靠性高。

ABB的IGCT，最高安全关断电流密度不到100A/cm2。GATH的最高安全关断电流密度超出1000A/cm2。

GATH开通关断简单，简单逻辑线路，开关一次可实现。

GATH的关断功耗为IGCT的10%。

表3-3 GATH与IGCT关断对比

3.5 均流

GATH过电压能力强，容易串联。

GATH并联，能够自动均流。GATH是晶闸管，电流锁定，跟驱动强弱无关。而且，GATH工作在零温度系数区附近。环境温度的差异对电流的影响不大。

IGBT并联难均流，因为驱动强弱的分散性和环境温度的分散性，造成并联的各支路直流的电流大小不均。

所以，GATH并联各支路的电流更容易均匀。GATH比IGBT更适合通过并联获得大电流。

3.6工作温度

GATH没有闩锁问题，最高结温200℃。

一般认为，温度上升10℃，功率管的失效率增加一倍。温度上升25℃，失效率增加5倍。GATH的能够承受的最高结温比IGBT高25°C，实际的最高结温比IGBT低几十度。仅此热特性，就能够使GATH的失效率比IGBT低一个量级。IGBT的主要失效模式是过电压雪崩引发闩锁。而GATH没有闩锁机制。这一条，使GATH的失效率更降低若干量级。

表3-4 几种器件工作温度对比

3.7高功率

IGBT的主要失效模式是闩锁，阻断电压越高越容易闩锁。IGBT产品的最高耐压只有6500V。GATH没有闩锁问题，能够做8000V产品。

表3-5 GATH（逆导型）的产品能力（单颗管芯）

RCACTH可封装 3300V 3000A，4500V 5000A，6500V 1200A，比现有IGBT电流能力提高一倍。

（1）GATH电流能力是IGBT2-3倍，相同规格芯片面积为IGBT 1/3-1/2；

（2）GATH可做逆导型；

（3）考虑散热等问题，实际功率增加一倍。

图3-3 IGBT封装外形 图3-4 IGBT内部封装结构

图3-5 IGBT需要合封二极管           图3-6 RCGATH 封装（1:3）

采用与IGBT相同外形封装RCGATH，功率提高一倍。以6500V 600A IGBT模块为，单颗IGBT芯片为25A，一颗6500V 50A FRD配两颗25A IGBT，6500V 600A 封装36颗芯片（其中12颗FRD，24颗IGBT），换成相同尺寸6500V RCGATH 75A，同样封装空间，考虑散热问题，保守计算1200A。

因此，在高压大电流场景，3300V—8000V，以及1200V、1700V大于1000A的应用场景，GATH优势显著。

表3-5  GATH与IGBT性能对比