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PIN管的延迟击穿性能初步实验研究

强激光与粒子束 2005年第2期17卷 317-320页

作者：孙铁平曾正中丛培天西北核技术研究所陕西西安710024

延迟击穿器件(DBD)是一种新型半导体开关。研究了国产 PIN二极管的延迟击穿效应,主要进行了单管、串联双管和串并联多管阵列PIN二极管器件的延迟击穿实验。实验结果显示,单管、双管和多管阵列PIN器件都可以陡化输入脉冲前沿,获得快前沿... 详细信息

延迟击穿器件(DBD)是一种新型半导体开关。研究了国产 PIN二极管的延迟击穿效应,主要进行了单管、串联双管和串并联多管阵列PIN二极管器件的延迟击穿实验。实验结果显示,单管、双管和多管阵列PIN器件都可以陡化输入脉冲前沿,获得快前沿的输出脉冲。单管工作电压 2.2 kV,脉冲前沿陡度由0 95 kV/ns提高到1.37 kV/ns;双管工作电压4.2 kV,脉冲前沿陡度由1.7 kV/ns提高到2.3 kV/ns;多管阵列工作电压8.0 kV,脉冲前沿陡度由2.4 kV/ns提高到3.2 kV/ns。

关键词： DBD器件 PIN二极管延迟击穿

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基于延迟击穿特性的PIN二极管集约模型

强激光与粒子束 2024年第11期36卷 151-158页

作者：张帅涛张慧博张自成国防科技大学前沿交叉学科学院长沙410073 脉冲功率激光技术国家重点实验室长沙410073

延迟击穿特性在实现PIN二极管开关快速导通方面起着至关重要的作用。面对延迟击穿导通时间短导致物理过程分析困难的挑战,设计并验证了一种基于PIN结构的二极管集约模型。首先设计了一个基于PIN结构的二极管仿真模型,通过TCAD软件对该... 详细信息

延迟击穿特性在实现PIN二极管开关快速导通方面起着至关重要的作用。面对延迟击穿导通时间短导致物理过程分析困难的挑战,设计并验证了一种基于PIN结构的二极管集约模型。首先设计了一个基于PIN结构的二极管仿真模型,通过TCAD软件对该模型进行求解,结果显示在上升沿为520 V/ns、幅值为1000 V的快速高压触发脉冲作用下,二极管的击穿电压可达到其静态反向击穿电压的1.76倍,之后结合导通过程中的载流子浓度变化和电场变化情况对所建立模型的准确性作了进一步验证。其次,基于双极载流子扩散理论并结合TCAD仿真得到的参数,采用拉普拉斯变换和Pade逼近方法,对二极管的基区参数进行了等效电路处理。在此基础上利用基区的等效电路参数以及电导调制效应,建立了基于延迟击穿特性的PIN二极管集约模型。在PSpice软件中对该模型进行了仿真验证,结果显示在相同的触发脉冲作用下,二极管器件导通过程与TCAD仿真结果基本一致。本研究为探索快速导通二极管的反向延迟击穿特性提供了一种简单可行的电路分析方法。

关键词：延迟击穿二极管模型 TCAD 双极载流子扩散 PSpice

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脉冲压缩开关DBD研究

半导体技术 2011年第8期36卷 595-597,608页

作者：谭科民杨勇崔占东马红梅刘忠山陈洪斌中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051 中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳621900

延迟击穿器件(DBD)是一种新型的半导体导通式开关,它具有重复工作频率高、体积小、重量轻、稳定性好等优点。利用此种开关对基于半导体断路开关(sem iconductoropening switches,SOS)开关输出的高重复频率的脉冲波形进行压缩,可制作出... 详细信息

延迟击穿器件(DBD)是一种新型的半导体导通式开关,它具有重复工作频率高、体积小、重量轻、稳定性好等优点。利用此种开关对基于半导体断路开关(sem iconductoropening switches,SOS)开关输出的高重复频率的脉冲波形进行压缩,可制作出高重复频率的超宽带脉冲源。介绍了DBD开关的基本工作原理和研制结果,给出了在相同测试条件下,与国外同类开关的测试结果对比波形,结果表明,研制的DBD开关和国外开关的指标基本相同,其中某些指标优于国外开关水平。

关键词：延迟击穿器件半导体断路开关高重复频率超宽带源延迟击穿脉冲压缩

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垂直型金刚石雪崩二极管击穿特性仿真研究

垂直型金刚石雪崩二极管击穿特性仿真研究

作者：操焰西安电子科技大学

学位级别：硕士

金刚石材料具有10MV/cm的理论击穿场强,优良的载流子迁移率(电子4500cm/Vs,空穴3800 cm/Vs)和饱和漂移速度(电子1.5×10cm/s,空穴1.1×10cm/s),较小的介电常数(5.45),自然界中最高的热导率(2200W/m-K)。因此,金刚石材料在高频、高温和... 详细信息

金刚石材料具有10MV/cm的理论击穿场强,优良的载流子迁移率(电子4500cm/Vs,空穴3800 cm/Vs)和饱和漂移速度(电子1.5×10cm/s,空穴1.1×10cm/s),较小的介电常数(5.45),自然界中最高的热导率(2200W/m-K)。因此,金刚石材料在高频、高温和高压等领域具有广阔的应用前景。传统的以硅、砷化镓等半导体材料制作的开关器件主要存在单个器件耐压低,上升沿慢,通流能力有限等问题,利用金刚石材料来制备的金刚石雪崩二极管具有单片电压高,时间响应快且散热特性好的优点,但是目前金刚石的n型掺杂比较困难,导致金刚石半导体的体掺杂器件难以拥有传统雪崩二极管应具有的PN结或者PIN结构。基于上述背景,本文提出了金属-P-金属(M-P-M)垂直型金刚石雪崩二极管结构,并以此结构为出发点,利用Silvaco-ATLAS器件仿真软件对其雪崩电学特性进行了深入研究,具体研究工作如下。1、分析讨论了垂直型结构金刚石雪崩二极管器件的静态特性。该结构的阴极下方为轻掺杂的后P型层,势垒高度设定为1.5e V,阳极电极下方为做出欧姆接触,为重掺杂的P型层。仿真过程中采用了SRH模型、平行电场依赖模型、浓度依赖模型和碰撞电离模型。其中碰撞电离模型分别采用了Watanabe等人、Kamakura等人以及Hiraiwa等人在论文中提出的,M-P-M的垂直型金刚石雪崩二极管结构在三种碰撞电离模型下都发生了雪崩击穿,Kamakura等人以及Hiraiwa等人的碰撞电离发生在整个P区中,而Watanabe等人提出的模型碰撞电离仅发生在阴极下方近半个P区中。金刚石雪崩二极管温度从300K开始,以50K为梯度逐渐增加到600K,雪崩击穿电压随之温度升高而缓慢变大。2、为了优化二极管器件的雪崩击穿电压,从两个方面进行了讨论:将雪崩二极管的区长度依次变化为4μm、6μm、8μm和10μm,雪崩击穿电压逐渐增大,在P区长度从4μm变化到8μm过程中,雪崩击穿电压增大幅度明显,在8μm变化到10μm过程中,雪崩击穿电压增加的幅度变小;设定P区的掺杂浓度分别为:1×10cm、5×10cm、2×10cm、5×10cm和1×10cm,在掺杂浓度从1×10cm变化到2×10cm过程中雪崩击穿电压降低的幅度明显,但P区的掺杂浓度为1×10cm和5×10cm时,二极管器件的雪崩击穿电压的增加幅度明显减小。3、基于本文所设计的M-P-M垂直型金刚石雪崩二极管结构,讨论了该结构的延迟击穿特性,输出电压的上升时间0.26ns,与输入电压的0.5ns上升时间相比,提高了48%。在二极管器件的延迟击穿过程中,器件内部的电阻变化可以分为两个部分,一个是雪崩击穿发生过程中的电阻急剧减小部分,另一个是雪崩击穿发生后器件内部电阻维持不变。4、利用二极管器件的延迟击穿特性来制作脉冲开关器件,针对M-P-M垂直型金刚石雪崩二极管结构的P区的厚度、P区的掺杂浓度和延迟击穿电路中的负载电阻三方面进行输出电压幅度和上升时间的优化。P层厚度依次变化为4μm、5μm和6μm,二极管器件的输出电压幅度逐渐降低,但同时输出电压上升时间逐渐减小。改变P层的掺杂浓度,分别为2×10cm、7×10cm、3×10cm、5×10cm和7×10cm,随掺杂浓度升高,输出电压幅度几乎维持不变,上升时间逐渐增大,但是当掺杂浓度为2×10cm和7×10cm时,输出电压上升时间几乎相同,此时掺杂浓度对上升时间的影响非常小。在负载电阻R在10Ω到350Ω范围内,输出电压幅度在逐渐减小,二极管输出电压上升时间在此区间内存在一个极小值。

关键词：金刚石雪崩二极管击穿电压碰撞电离参数延迟击穿开关器件上升时间