高速高功率半导体开关DSRD特性浅析

漂移阶跃恢复二极管（DSRD）是一种先进的全固态、高速、高功率半导体断路开关,是超宽带、高功率脉冲信号源的关键部件。对DSRD的工作原理和典型应用电路以及DSRD在纳秒级高功率脉冲发生器方面的应用做了介绍。DSRD的这些优点使其在超宽带和高功率微波等方面有广阔的应用前景。     

一种新型的漂移阶跃恢复二极管脉冲源设计

提出了一种基于漂移阶跃恢复二极管（DSRD）、结构简单的新型大功率脉冲源电路.论述了阶跃恢复二极管的快速开关特性,分析了该新型脉冲源电路的工作原理,并进行了实验测试.实验结果表明,脉冲源电路能够产生峰峰值为760 V、脉宽（10％-10％）8 ns的平衡输出脉冲信号,具有脉冲重频高、振铃小、波形质量高、无需高压供电等特点,适用于深层探测超宽带时域脉冲探地雷达系统.     

HBT中基区内建电场的物理机制及其理论分析

计算了具有线性Ｇｅ 分布的ＳｉＧｅ 基区价带有效态密度和空穴浓度的分布，分析了基区内建电场的物理机制，分别采用Ｂｏｌｔｚｍ ａｎｎ 统计和Ｆｅｒｍ ｉ Ｄｉｒａｃ统计给出了内建电场分布的表达式并进行了计算，最后讨论了基区重掺杂对电场的影响     

HBI中基区内建电场的物理机制及其理论分析

计算了具有线性Ｇｅ分布的ＳｉＧｅ基区价带有效态密度和空穴浓度的分布，分析了基区内建电场的物理机制，分别采用Ｂｏｌｔｚｍａｎ统计和Ｆｅｒｍｉ－Ｄｉｒａｃ统计给出了内建电场分布的表达式并进行了计算，最后讨论了基区重掺杂对电场的影响。     

一种快速离化波开关及其在高压脉冲源中的应用

讨论了一种先进的基于快速离化波组件漂移阶跃恢复二极管(DSRD)的开关特性、工作原理及其在高压纳秒脉冲源中的应用.提出一种新方法解决了传统高压纳秒脉冲源设计难以突破的高功率、高重复频率工作问题,实现了高压纳秒源的全固态、高重频、高压、高可靠、长寿命工作.     

基于DSRD陡前沿固态脉冲源研制

本文对比了不同种类开关在脉冲功率源技术中的应用,介绍了半导体开关漂移阶跃恢复二极管(DSRD)的工作原理,建立了DSRD工作电路仿真模型,对电路参数进行了仿真分析,通过实验研究,研制了一台基于DSRD半导体开关的亚纳秒脉冲功率源,输出电压2k V、脉冲前沿680ps,可以稳定工作200kHz高重频下。     

DSRD高功率超宽谱脉冲源及其功率合成初探

本文从高功率超宽谱对高速开关的基本要求入手引出了一种新的器件——漂移阶跃恢复二极管(DSRD),详细介绍了DSRD的基本结构、工作机理、典型电路,利用计算机对电路进行了模拟,对信号特点、系统响应进行了分析,并就超宽谱探测和干扰应用时的功率合成方法做了简单说明,最后对DSRD的发展方向进行了展望。     

高功率半导体开关器件DSRD的研究进展

高功率半导体开关器件是一类基于等离子体波理论的全固态、高压、快速打开或者切断电流的开关器件,具有体积小、可靠性高、寿命长、脉冲重复频率高和输出波形稳定等优点,在脉冲开关电路应用中有着独特的优势。简要介绍了超宽带脉冲技术及高功率半导体开关器件的概念,比较了一些常见开关器件与高功率半导体开关器件的差异,主要阐述了自20世纪80年代以来脉冲发生器中开关器件的发展过程,重点介绍了最重要的一种高功率半导体开关器件,即Si基漂移阶跃恢复二极管(DSRD)在国内外的发展历程及其在脉冲技术中的应用。随着新型半导体材料及半导体技术的发展,展望了未来DSRD的发展方向。     

p型重掺杂应变Si1-xGex基区内建电场的物理机制

采用解析的方法计算了在基区掺杂为高斯分布,Ge组分分布为三角形分布和矩形三角形分布时基区内建电场的变化情况.重新拟合了价带有效态密度公式,并在计算内建电场时考虑了导带有效态密度的影响.发现加入Ge组分后引起的导带有效态密度变化、价带有效态密度变化以及禁带宽度变窄量变化对基区内建电场的影响要大于掺杂对内建电场的影响.Ge组分为三角形分布时,在总的Ge组分一定的条件下,内建电场从发射结到集电结逐渐变大.在任一给定位置x处,内建电场随着Ge组分的增加而增大.当Ge组分分布为矩形三角形分布时,对于给定的Ge组分转折点x1,基区内建电场从发射结到集电结缓慢地增大.在Ge组分恒定的区域,内建电场变化甚微,在Ge组分为线性缓变区域的同一位置x处,内建电场随Ge组分转折点x1的增大而缓慢地增大.此外,在x1附近内建电场变化有一个很大的陡坡.     

p型重掺杂应变Si1-xGex基区内建电场的物理机制

采用解析的方法计算了在基区掺杂为高斯分布,Ge组分分布为三角形分布和矩形三角形分布时基区内建电场的变化情况.重新拟合了价带有效态密度公式,并在计算内建电场时考虑了导带有效态密度的影响.发现加入Ge组分后引起的导带有效态密度变化、价带有效态密度变化以及禁带宽度变窄量变化对基区内建电场的影响要大于掺杂对内建电场的影响.Ge组分为三角形分布时,在总的Ge组分一定的条件下,内建电场从发射结到集电结逐渐变大.在任一给定位置x处,内建电场随着Ge组分的增加而增大.当Ge组分分布为矩形三角形分布时,对于给定的Ge组分转折点x1,基区内建电场从发射结到集电结缓慢地增大.在Ge组分恒定的区域,内建电场变化甚微,在Ge组分为线性缓变区域的同一位置x处,内建电场随Ge组分转折点x1的增大而缓慢地增大.此外,在x1附近内建电场变化有一个很大的陡坡.     

抽运X光激光的台式毛细管快放电装置

根据电子碰撞机制类氖氩毛细管放电机理,在一台最大输出电压 30 0kV的Marx发生器基础上设计了一套完整的毛细管放电装置。对该装置进行了系统调试,在充氩气 10cm长毛细管负载下,输出电流 38kA,电流脉冲前沿 40ns。目前已开展充氩气毛细管放电荧光光谱实验研究     

脉冲气体激光器用固态高压开关的研制

实验研制了基于磁脉冲压缩系统的脉冲气体激光器用固态高压开关,实验中通过调节复位电流大小,负载电阻大小等相关参数实现了磁压缩开关输出效率达到最大值。经两级磁开关压缩后脉宽约压缩为原来的5%。压缩后脉冲上升时间约为180 ns,幅值约为16 kV。其中第一级磁压缩效率为89.2%,第二级磁压缩效率达到97.7%,总的压缩效率达到87.2%。接激光器后测得输出激光脉冲能量约为20 mJ,输出激光脉冲半高宽约为85 ns。     

微波大功率变脉冲放大器的研制

针对基于悬浮平台微波凝视关联成像系统对变脉冲宽度和大峰值功率的需求,研制了一款 X 波段变脉冲固态功率放大器。描述该放大器组件中高速漏极调制及保护电路和射频开关的实现方案,分析大功率高速漏极调制电路输出电压脉冲的影响因素,优化调制电路的负载设计,并解决功放输出射频脉冲的包络凹陷问题。经试验验证:研制的功率放大器具有散热性好,稳定工作时间长,最窄脉宽 20 ns,上升下降沿均小于 3 ns,峰值功率大于 40 W 的射频脉冲输出等特点;其漏极调制电路输出 24 V电压脉冲,上升沿小于 20 ns,下降沿约 60 ns。     

一种微光像增强器阴极选通模块的设计

高速成像分幅相机通过阴极选通模块控制微光像增强器的光电阴极选通工作可实现ns级的时间分辨率,传统阴极选通模块存在开关速度慢、只有负压输出或正负压不能满幅值输出等问题。本文基于CMOS推挽输出结构和电压电平转移电路,设计实现一种能够使用低边驱动器驱动PMOS和NMOS开关的阴极选通模块,并采用死区时间控制避免上、下管交叉导通。实测验证该电路具有结构简单、性能可靠等优点,实现了ns级上升、下降沿,占空比0~100%可调和满幅值+30~-200 V脉冲输出,十分适合微光像增强器阴极选通使用。     

Time duration of output pulse in electron-beam-pumped CdS laser

Time duration of the output pulse of electron-beam-pumped CdS laser was investigated. It increased with increase of the excitation current density and was of the order of 100 ns at the beam voltage of 25 kV. It was shown experimentally that the quenching of the laser oscillation is due to the rise of the threshold current density as the result of the temperature rise in the active region of the crystal. The expression for the duration of laser oscillation based on this model was derived and compared with the experimental results. The dependence of the duration on the excitation current density was explained by this model.     

基于PMOS三维选通高速门控技术

为三维选通成像提供了纳秒级阴极选通高速门控开关的设计与实现。该门控开关创新性地采用互补级联开关的方式实现阴极正负电压的高速选通。结合功率开关管的特性,使用功率PMOS作为前级开关,产生平顶质量好的正脉冲;采用功率三极管作为后级开关,无需额外驱动,通过二者互补级联的方式产生阴极选通负脉冲。实验表明,最终开关的上升沿时间为13.4 ns,下降沿时间为24.6 ns,最小脉宽为50 ns,最高工作频率100 kHz,导通电压-200 V,关断电压40 V,满足三维选通门控要求。门控开关通过互补级联方式,不但寄生参数小,脉冲上升、下降时间小,脉冲平顶质量好,时序控制精度高,无需隔离驱动,而且通过功率三极管作后级开关,可以获得比TTL触发脉冲更窄的脉宽,具有良好的脉宽特性。     

基于功率MOSFET的慢升快降型高压脉冲信号源

利用MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）导通过程中某一时段输出电流和门电压成比例的特点来获得前沿缓慢而后沿陡降的高压脉冲信号,通过栅极电阻降低脉冲前沿的上升速度;通过低驱动内阻对栅极电容电荷的快速泄放提高脉冲后沿的下降速度。在50Ω负载下脉冲的最大幅度为800V,下降沿约为15ns。     

基于光电信号控制触发的四路高压脉冲源

给出了一种基于光电信号来作为四路高压脉冲源触发控制的设计原理和方法,采用光电信号作为前级控制触发脉冲,驱动后级高压半导体开关器件（IGBT）输出高压脉冲信号。设计了一台脉冲幅度为500 V~1 k V、脉冲宽度大于500 ns、脉冲前沿小于25 ns以及各通道之间输出的高压脉冲信号分散性小于10 ns的四路高压脉冲源。通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,给出了单次触发情况下四路高压脉冲输出的实验结果。     

Study of the voltage drop process for the case of high-power thyristors switched in the impact-ionization mode

The voltage drop process for the case of high-power thyristors switched to the conducting state by an impact-ionization wave excited by means of an overvoltage pulse with a nanosecond rise time is studied. In experiments, a voltage with a rise rate dU/dt in the range of 0.5 to 6 kV/ns is applied to a thyristor with an operating voltage of 2 kV. Numerical simulation shows that the calculated and experimentally observed voltage drop times are in quantitative agreement only when the structure active area through which the switching current flows depends on dU/dt. The active area increases with dU/dt and with increasing initial silicon resistivity. In this case, the active area steadily approaches the total structure area at dU/dt > 12 kV/ns.