直流输电用特高压晶闸管大气中子失效率评估和损伤机理

本文基于散裂中子源开展了直流输电用8.5 kV/5 kA晶闸管的加速辐照试验。试验证实了大气中子导致的晶闸管单粒子烧毁失效现象，同时基于加速辐照试验结果计算了大气中子导致的晶闸管失效率。晶闸管的反向偏置电压和结温是影响晶闸管器件失效的关键因素。大气中子失效率随着反向偏置电压的增加呈指数增加。此外，失效率随温度的降低而增加。对应器件偏置在50%额定电压下的情况，5℃时的失效率较25℃时增加了近6倍。基于TCAD仿真进一步验证了辐照导致晶闸管失效的机理。仿真表明，单粒子烧毁失效与辐射粒子入射诱发的雪崩击穿效应直接相关。雪崩击穿效应与晶闸管反向偏置电压正相关，而与结温负相关，这与大气中子失效率随电压和结温的变化关系一致。