A High Power Semiconductor Switch RSD for Pulsed Power Applications

High power switch is one of the most important components in pulsed power technology. The RSD （Reversely Switched Dynistor）, turned on by a thin layer of an electron-hole plasma, is a high power semiconductor switch. In this study, the RSD turn-on conditions were investigated by numerical analysis and device simulation as well as the experiments conducted to validate the turn-on conditions. A design of a triggering high-voltage RSD is presented based on a saturable transformer.     

全控型功率开关器件技术新进展

21世纪人类将进入高度信息化社会,同时也可以说是一个高度由能量支配的社会.因此,能源、资源和地球环境问题成为突出的问题,并演变成为一种危机.……     

Carrier transport across grain boundaries in polycrystalline silicon thin film transistors

We established a model for investigating polycrystalline silicon (poly-Si) thin film transistors (TFTs). The effect of grain boundaries (GBs) on the transfer characteristics of TFT was analyzed by considering the number and the width of grain boundaries in the channel region, and the dominant transport mechanism of carrier across grain boundaries was subsequently determined. It is shown that the thermionic emission (TE) is dominant in the subthreshold operating region of TFT regardless of the number and the width of grain boundary. To a poly-Si TFT model with a 1 nm-width grain boundary, in the linear region, thermionic emission is similar to that of tunneling (TU), however, with increasing grain boundary width and number, tunneling becomes dominant.     

高速大功率半导体开关RSD的di/dt耐量极限值

文章由等离子体双极漂移方程和临界预充电荷条件出发,得出高速大功率半导体开关RSD的di/dt耐量表达式。从外电路和器件结构本身两方面分析了RSD的di/dt耐量的影响因素,并提出了改善di/dt耐量的措施,测试结果证明了理论分析的正确性。     

反向开关复合管的物理模型与数值方法实现

从大注入半导体物理的基本理论推导得到了反向开关复合管(RSD)工作的基本物理方程.通过考虑大注入和强电场效应,建立了RSD以pnn+二极管方式工作于反向预充阶段,以pin二极管方式工作于正向导通阶段的物理模型.采用有限差分法把器件工作的偏微分方程转化为差分方程,并将相应的边界条件转化为精度较高的离散化形式.结合RSD工作的典型电路建立电路方程组,采用Runge-Kutta方法求解,由非平衡载流子分布得到了RSD的电压、电流波形.通过RSD的放电实验与模型计算进行比较,分析了误差产生的原因,论证了物理模型本身及数值方法的合理性.通过应用电路说明了模型及算法的实用价值.物理模型和数值方法对于RSD器件设计及仿真电路的开发具有指导意义.     

包含SiC/SiO2界面电荷的SiC MOSFET的SPICE模型

建立碳化硅(silicon carbide,SiC)金属–氧化物–半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor, MOSFET)的通用模拟电路仿真器(simulation program with integrated circuit emphasis,SPICE)模型。模型采用三段电流表达式分别描述SiC MOSFET工作在截止区、线性区和饱和区,引入SiCMOSFET的漏极和源极之间的泄漏电流及栅极氧化层的泄漏电流,并采用包含SiC/SiO2界面电荷的迁移率模型描述沟道载流子在不同温度范围内的行为表现,建立电–热网络模型模拟SiC MOSFET在开关状态和高电应力下的自热效应。开关电路和短路实验验证了所建立的SiC MOSFET的SPICE模型的准确性。应用所建立的SPICE模型讨论不同密度的SiC/SiO2界面电荷对SiC MOSFET的开关特性及短路失效的影响。结果表明,高密度的界面电荷一方面能够延迟SiCMOSFET的导通并增加通态电阻,导致SiCMOSFET的开关损耗增加,另一方面能够降低SiCMOSFET在短路环境下的饱和电流,并延迟SiC MOSFET的失效。     

Si/SiC混合开关最优门极延时及其在逆变器中的应用

由大电流硅绝缘栅双极型晶体管（Silicon Insulated-Gate Bipolar Transistor,Si IGBT）和小电流碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Silicon Carbon Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,SiC MOSFET）并联构成的Si/SiC混合开关具有低成本、高效率的特点. Si/SiC混合开关门极关断延时的控制是提高混合开关效率的关键因素.本文首先研究了在不同工作电流下Si/SiC混合开关关断损耗随门极关断延时的变化,结果表明,Si/SiC混合开关有一个最优的关断延时,此时混合开关的关断损耗最低,并且最优门极关断延时随混合开关工作电流的增大而减小.将所得到的Si/SiC混合开关最优门极关断延时应用在单相全桥逆变器中,实验结果表明,逆变器的转换效率比同等条件下固定关断延时的最高转换效率提高了0.67%.     

钢丝绳磁检测中漏磁场的有限元分析

为了考察钢丝绳断丝产生的漏磁感应强度大小,为磁检测系统中传感器的设计提供依据,采用有限元法计算了钢丝绳断丝产生的漏磁感应强度。结果表明:钢丝绳断丝产生的漏磁感应强度是沿着远离钢丝绳表面的方向减小的,利用有限元分析可为传感器的设计提供理论依据和参考。     

外延层厚度对垂直结构6H-SiC光导开关特性影响的研究

设计了新颖的具有垂直结构的6H-SiC光导开关。首先采用离子注入工艺在半绝缘6H-SiC衬底两侧生成一层p+离子注入层,然后利用外延工艺在其中的一侧生长一层n+外延层,并将此侧定义为开关的阴极。利用二维半导体器件仿真软件,研究了n+外延层厚度对6H-SiC光导开关特性的影响。结果表明,增加外延层厚度可以提高开关的击穿电压;而开关的导通电流,首先随着n+外延层厚度的增加而减小,在n+外延层厚度为5?m达到最小值,随后随着厚度的增加,导通电流增加。     

新型半导体断路开关及其脉冲功率发生器

基于半导体断路开关（SOS）的脉冲功率发生器是一种新型的全固态开关系统，具有输出脉冲电压高、使用寿命长、可靠性和重复率高的特点。本文详细介绍了SOS效应与断路开关的工作原理，研究了基于SOS的脉冲功率发生器电路结构并对开关电流进行仿真，仿真结果与国外器件的实测特性相近。