WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Отметим также, что характерная область пробоя на стадии обрыва тока существует и в правой части структуры вблизи n-n+-перехода (рис. 5). Однако ее существование практически не влияет на процесс обрыва тока, поскольку ширина области сильного поля здесь Рис. 6. Зависимости скорости движения границ области составляет не более нескольких µm.

пробоя от времени: a — правая граница с координатой xpfr Для анализа процесса обрыва тока получим упро(численный расчет); b — левая граница с координатой xppr щенные аналитические выражения для скоростей границ (численный расчет); c — правая граница, xpfr по формуле (8);

поля. В работе [11] был рассмотрен случай движения 4–6 — моменты времени, приведенные на рис. 3 и 5.

плазменного фронта в однородно легированной базе при значениях поля ниже пробивного. Здесь данный подход распространен на случай движения плазменного фронта насыщения электронов и дырок можно принять, что вдоль неоднородно легированной области структуры с максимальное значение тока генерированных носителей учетом лавинного размножения носителей за границей у границ плазмы достигает половины полного тока.

избыточной плазмы. Из закона сохранения заряда на Торможение фронта плазмы в p-области током генерироскачке плотности, которым практически является фронт ванных носителей приводит к уменьшению его скорости плазмы, можно оценить его скорость. Например, для pот 2 до 3 раз при jpg = j/2, что следует из (8). Это области при условии, что за время dt фронт смещается проиллюстрировано на рис. 6, где приведены скорость на расстояние dxpf r, можно записать движения фронта плазмы, полученная при численном jpdt = edxpf r(xpf r), (7) решении (кривая a), и скорость движения фронта, рассчитанная по (8) без учета jpg (кривая c).

где jp = jp|xpf r+p - jp|xpf r-p — перепад тока дырок Граница плазмы в n-области при jng = j/b + на скачке в точке xpf r; jp|xpf r+p = j/(b + 1) — останавливается (9). При условии jng = j/b+1 и экспоток дырок в плазме при большом уровне инжекции;

ненциальном характере распределения доноров оценка jp|xpf r-p = j - jpg — ток дырок в области, свободной максимальной ширины области пробоя в окрестности от плазмы; jpg — ток дырок, полученных при генерации точки xnf r дает величину около 3 µm, что согласуется носителей лавинным размножением; j —полный ток;

с результатами численного решения.

(xpf r) =p(xpf r) - Na(xpf r).

Таким образом, процесс обрыва тока и связанный с Отсюда скорость движения границы плазмы в p-обним рост напряжения на структуре определяются диласти намикой области пробоя вблизи точки xpf r, располоdxpf r 1 jb женной в p-области. Ширина этой области оценивается Vpf r = = - jpg. (8) как Wp = xpf r = xppr, где xpr — точка, координаdt e(xpf r) b + ты которой соответствуют левой границе области проАналогичную формулу можно получить и для скоробоя и определяются условием насыщения скорости (6):

сти плазменной границы в n-области j(t) =eVpsNa(xppr). Поэтому скорость движения точки xppr вдоль p-области определяется скоростью изменения dxnf r 1 j Vnf r = = - jng, (9) обратного тока и видом зависимости Na(x) исходного dt e(xnf r) b + профиля легирования структуры. Скорость движения точки xpf r, связанной с правой границей области сильногде jng — ток электронов, полученных при генерации носителей лавинным размножением. го поля, определяется величиной тока и концентрацией Анализ процесса обрыва тока на основе вышеприве- инжектированных носителей на фронте плазмы (8). В денных аналитических выражений показал следующее. начале обрыва тока xpf r = xppr, затем, пока скорость При развитом лавинном размножении почти весь ток в правой границы xpf r превышает скорость левой границы областях пробоя переносится генерированными носите- xppr, происходят расширение области сильного поля лями. Отсюда при приблизительном равенстве скоростей и рост напряжения. При этом максимальная ширина Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. Влияние профиля легирования структуры на процесс отключения тока... области достигается в момент равенства скоростей левой и правой границ (момент времени 5 на рис. 3, 5 и 6), что также соответствует максимуму обратного напряжения на структуре. Следующий за этим спад напряжения на структуре (момент времени 6 на рис. 3, 5 и 6) обусловлен сужением области пробоя за счет более высокой скорости движения точки xppr.

Влияние ширины p-области на процесс отключения тока Для исследования влияния глубины залегания p-n-перехода xp на процесс обрыва тока для численного расчета на модели были взяты полупроводниковые структуры, приведенные на рис. 2, b. Структуры отличались величиной xp, которая варьировалась от 100 до 200 µm с шагом 20 µm. Остальные параметры структуры и схемы накачки оставались неизменными.

Результаты расчетов приведены на рис. 7, 8.

Анализ процессов динамики электронно-дырочной плазмы в структуре при различных xp показал, что увеличение глубины диффузии алюминия при прочих равных условиях обусловливает возрастание скорости движения концентрационного фронта Vpf r, избыточной Рис. 8. Зависимости максимального напряжения на одной плазмы вдоль p-области на стадии обратной накачки структуре Umax (1), максимальной ширины области сильного (рис. 7). Данное обстоятельство объясняется соотношением (8), из которого следует, что величина Vpf r поля Wp max (2), времени обрыва тока t0 (3) и максимальной скорости движения фронта плазмы Vpfr max (4) от глубины пропорциональна плотности тока j и обратно пропордиффузии алюминия xp.

циональна концентрации избыточной плазмы на фронте (xpf r). Увеличение глубины диффузии приводит к следующему. Во-первых, снижаются потери энергии в структуре на стадии прямой накачки за счет укорочекоторый определяет зарядное напряжение на конденсания длины низколегированной базы. Это выражается в торе обратной накачки C2. Большее напряжение на конуменьшении амплитуды положительного предымпульса денсаторе C2 приводит к увеличению плотности обрат(рис. 3, момент времени 1) и увеличении прямого тока, ного тока. Во-вторых, на стадии прямой накачки, когда происходит накопление заряда в p-области структуры, снижается средняя величина концентрации избыточной плазмы, поскольку один и тот же накопленный заряд в этом случае распределен по большей толщине p-слоя.

В частности, этот факт следует из (2), где увеличению значений xp соответствует увеличение интеграла Sp(x) и снижение концентрации электронов n(x) в p-области структуры. Перечисленные факторы приводят к тому, что максимальное значение скорости фронта плазмы Vpf r max, реализуемое перед началом процесса обрыва тока, увеличивается от 5 до 7 раз при изменении глубины диффузии от 100 до 200 µm (рис. 8, кривая 4).

Средняя величина электрического поля в области пробоя практически не зависит от xp и составляет около 200 kV/cm. В связи с этим коммутационные характеристики структуры как прерывателя тока определяются шириной области сильного поля и скоростью ее расшиРис. 7. Зависимости скорости движения фронта плазмы в pрения на стадии обрыва тока. Более высокое значение области от времени на стадиях обратной накачки и обрыва скорости движения фронта плазмы перед обрывом тока в тока. Глубина диффузии алюминия xp, µm: 1 — 100, 2 — 120, 3 — 140, 4 — 160, 5 — 180, 6 — 200. структурах с увеличенным значением xp обусловливает Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 62 С.А. Дарзнек, С.Н. Рукин, С.Н. Цыранов увеличение как ширины области сильного поля, так и [4] Darznek S.A., Mesyats G.A., Rukin S.N., Tsiranov S.N. // XI Intern. Conf. on High-Rower Particle Beams ”BEAMS’96”.

напряжения на структуре (рис. 8, кривые 1 и 2). При Prague: Institute of Plasma Physics, 1996. Vol. 2. P. 1241– изменении xp от 100 до 200 µm максимальное значение 1244.

ширины области сильного поля возрастает от 5 до 26 µm, [5] Дарзнек С.А., Месяц Г.А., Рукин С.Н. // ЖТФ. 1997. Т. 67.

а напряжение увеличивается от 130 до 500 V на структуВып. 10. С. 64–70.

ру. Время обрыва тока, определяемое по уровню 0.1–0.[6] Lyubutin S.K., Mesyats G.A., Rukin S.N. et al. // XI Intern.

от амплитуды обратного тока, с ростом xp уменьшается Conf. on High-Rower Particle Beams ”BEAMS’96”. Prague:

от 25 до 9 ns (рис. 8, кривая 3).

Institute of Plasma Physics, 1996. Vol. 1. P. 135–138.

[7] Lyubutin S.K., Mesyats G.A., Rukin S.N., Slovikovskii B.G. // XI IEEE Intern. Pulsed Power Conf. Baltimore (USA), 1997.

Выводы Vol. 2. P. 992–998.

[8] Любутин С.К., Месяц Г.А., Рукин С.Н., СловиковАнализ процессов динамики электронно-дырочной ский Б.Г. // ДАН. 1998. Т. 360. № 4. С. 477–479.

плазмы в полупроводниковых структурах с широкой [9] Потапчук В.А., Мешков О.М. // Электротехника. 1996.

p-областью при плотностях тока и длительностях им№ 12. С. 12–16.

пульсной накачки, характерных для SOS-эффекта, пока- [10] Тучкевич В.М., Грехов И.В. Новые принципы коммутации больших мощностей полупроводниковыми приборами. Л.:

зал следующее:

Наука, 1988. 117 с.

1. Обрыв тока определяется процессами, происходя[11] Benda H., Spenke E. // Proc. IEEE. 1967. Vol. 55. N 8.

щими в узкой высоколегированной p-области структуры, P. 1331–1354.

свободной от избыточной плазмы, носит динамический характер и не связан с образованием протяженного в пространстве объемного заряда из-за процессов интенсивного лавинного размножения носителей в сильном электрическом поле. Процесс обрыва тока завершается до момента выхода границы избыточной плазмы в плоскость p-n-перехода. К моменту завершения процесса обрыва тока в центральной части базы остается электронно-дырочная плазма, концентрация которой примерно на 2 порядка превышает уровень легирования базы. По этой причине существование p-n-перехода не сказывается на процессе обрыва тока.

2. Сверхжесткий режим восстановления SOS-диода (малое время обрыва тока и большое перенапряжение), имеющего в отличие от обычных выпрямительных диодов увеличенную протяженность p-области, обусловлен динамикой набора скорости концентрационным фронтом избыточной плазмы, движущимся вдоль p-области на стадии обратной накачки. Увеличение глубины диффузии алюминия xp (ширины p-области) от 100 до 200 µm приводит к возрастанию этой скорости в 5–7 раз. Более высокая скорость движения фронта плазмы снижает время образования области сильного поля и увеличивает ширину этой области, что в конечном счете приводит к снижению времени обрыва тока и увеличению перенапряжения на диоде.

Список литературы [1] Kotov Yu.A., Mesyats G.A., Rukin S.N. et al. // IX IEEE Intern. Pulsed Power Conf. Albuquerque (USA), 1993. Vol. 1.

P. 134–139.

[2] Дарзнек С.А., Котов Ю.А., Месяц Г.А., Рукин С.Н. // ДАН. 1994. Т. 334. № 3. С. 304–306.

[3] Mesyats G.A., Rukin S.N., Lyubutin S.K. et al. // X IEEE Intern. Pulsed Power Conf. Albuquerque (USA), 1995. Vol. 1.

P. 298–305.

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.