Динамика электронно-дырочной плазмы в SOS-диодах

• Автор: Цыранов, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 126 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. 808-ЭФФЕКТ: НАНОСЕКУНДНЫЙ ОБРЫВ
СВЕРХПЛОТНЫХ ТОКОВ В П О ЛУ ПРОВОДНИК АХ
1.1. Характеристики БОБ-эффекта
1.2. Разработка физико-математической модели
1.2.1. Описание физико-математической модели
1.2.2. Методика численного решения
1.3. Процессы на стадии высокой проводимости
1.3.1. Прямая накачка
1.3.2. Обратная накачка
1.4. Процессы на стадии отключения тока
1.5. Выводы
ГЛАВА 2. ДИНАМИКА ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОЙ ПЛАЗМЫ В 808-ДИОДЕ
2.1. Структура 808-диода
2.2. Влияние профиля легирования структуры на процесс
отключения тока
2.3. Механизм равномерного распределения напряжения
2.4. Влияние параметров накачки
2.4.1. Обратная накачка
2.4.2. Прямая накачка
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. СУБНАНОСЕКУНДНЫЙ ОБРЫВ ТОКА В 808-ДИОДЕ
3.1. Режим короткой накачки
3.1.1. Прямая накачка
3.1.2. Обратная накачка
3.2. Стадия отключения тока
3.3. Факторы, влияющие на реализацию субнаносекундного механизма обрыва тока
3.3.1. Структура диода
3.3.2. Параметры обратной накачки

3.3.3. Параметры прямой накачки
3.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Мощные наносекундные импульсы обычно получают с использованием двух основных методов, отличающихся способом накопления энергии. В первом методе используется энергия электрического поля, запасаемая в малоиндуктивных конденсаторах и линиях и передаваемая в нагрузку через замыкающие устройства - коммутаторы. Во втором используется энергия магнитного поля, которая запасается в индуктивностях и предается в нагрузку с использованием размыкающих устройств - прерывателей тока. Второй метод более предпочтителен, так как плотность энергии в индуктивных накопителях выше, чем в емкостных, примерно на два порядка. Однако создание сильноточных размыкателей оказалось более сложной проблемой, чем коммутаторов. В настоящее время существуют два основных типа размыкателей, выдерживающих напряжение мегавольтного уровня и отключающих токи в десятки и сотни килоампер за единицы наносекунд. Это плазменные прерыватели тока [1,2] и взрывающиеся проволочки [3]. Основными их недостатками являются малый срок службы и невозможность работы в частотном режиме. Разработка и исследование твердотельных прерывателей тока, которые свободны от этих недостатков, является важной задачей мощной наносекундной импульсной техники.
Известные неустойчивости токового шнура в полупроводниках (например пинч-эффект) происходят при малых токах и небольших напряжениях (до десятых долей ампера и единиц вольт) [4] и с точки зрения силовой электроники не представляют интереса. Другой принцип быстрого отключения тока в твердом теле основан на создании каким либо способом избыточных носителей тока вну три тела, с последующим их быстрым удалением. Данный подход оказался весьма плодотворным, и к настоящему времени созданы устройства, позволяющие отключать токи в десятки и сотни ампер. Накачка избыточных носителей в твердое тело может осуществляться с помощью пучков частиц (обычно электронов), лазерного излучения, либо токовой инжекции (возможно также сочетание дан-

вуют движению плазмы на фронте с насыщенной скоростью 8п ~Dp/Vps =0.01 мкм, 8 ~ Dn / Vm =0.04 мкм. Далее плазменные фронты, постепенно обостряясь, перемещаются к плоскости р-n перехода, освобождая тем самым высоколегированные области от избыточных зарядов.
Необходимо подчеркнуть, что возвратное движение плазмы на стадии обратной накачки не является точным повторением обращенного во времени движения плазмы при прямой накачке. Причиной подобной необратимости является не столько учет зависимости рекомбинации от уровня легирования или диффузии (вклад которой невелик вследствие малого времени прямой накачки), сколько нелинейная зависимость амбиполярной скорости от поля и концентрации плазмы. Поэтому основная масса плазмы, удовлетворяя условию высокого уровня инжекции, практически не участвует в движении. Быстрые же изменения затрагивают лишь малую часть плазмы, расположенную в приграничных областях и базе.
Плазма, расположенная в базовой области, имеет низкую концентрацию и соответственно большое поле. Как и в течении большей части времени прямой накачки плазма двигается здесь против поля, образуя волну, которая перемещает минимум концентрации (а соответственно и максимум поля) от р-n к п+-п переходу (рис. 1.9).
Так как области за границами плазменных фронтов остаются свободными от инжектированных зарядов, то перенос тока здесь осуществляется только основными носителями. Амплитуда поля максимальна там, где концентрация носителей минимальна, соответственно в базе и в точках около плазменных фронтов в р- и n-областях образуются отрицательные минимумы поля. При росте обратного тока границы плазмы продолжают смещаться вдоль профиля по направлению к базе, и наступает момент, когда скорости основных носителей насыщаются:
у(0 = e-Na(x)-Vps, 7(0 = e-Nd(x)-Vm. (1.25)