數(shù)值模擬研究半導(dǎo)體斷路開關(guān)的電流截?cái)嗵匦?/h1>
2010-04-12 00:00:00楊海燕,趙西安
現(xiàn)代電子技術(shù) 2010年12期
摘 要:半導(dǎo)體斷路開關(guān)(SOS)效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)了全固態(tài)脈沖功率源技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。采用一維流體模型，利用SOS數(shù)值模擬程序?qū)OS二極管P+-P-N-N+結(jié)構(gòu)的電流截?cái)嗵匦赃M(jìn)行了數(shù)值模擬研究。研究了SOS二極管P區(qū)擴(kuò)散深度、外電路參數(shù)對SOS電流截?cái)嗵匦缘挠绊?。結(jié)果表明:P區(qū)擴(kuò)散深度、次級儲能電容C2、反向泵浦電感L-的大小對SOS的反向電流截?cái)鄷r間均有較大影響;隨著次級儲能電容和反向泵浦電感的增大，電流截?cái)鄷r間增大，反向電流峰值和反向電壓峰值減小。該研究對SOS二極管工藝設(shè)計(jì)和外電路優(yōu)化設(shè)計(jì)具有理論意義和實(shí)用價值。
關(guān)鍵詞: 半導(dǎo)體斷路開關(guān); 脈沖功率源; 數(shù)值模擬; 電流截?cái)嗵匦?/p>
中圖分類號:TN389 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1004-373X(2010)12-0179-03
Numerical Simulation of Current Interruption Characteristics in Semiconductor Cut-off Switches
YANG Hai-yan， ZHAO Xi-an
(Informatization Research Laboratory， Xi’an Military Academy， Xi’an 710108， China)
Abstract: The discovery of the semiconductor opening switch (SOS) effect promoted the development and applications of the all-solid-state pulsed power generator technology. A one-dimensional fluid model is adopted to study the current interuption characteristics of SOS diode P+-P-N-N+ structure by using SOS numerical simulation program. The influences of the diffusion depth in the diode P-type region on the current interruption characteristics of SOS diode is analyzed. The result shows that the influences of the diffusion depth of P-type region， reverse pulse inductance L-and secondary capacitor C2 in the external circuit on the reverse current interuption time of SOS is obvious， the peak values of reverse current and reverse voltage decreases with the increase of the secondary capacitor C2 and reverse pulse inductance L-. The results obtained in this thesis possesses a certain theoretical and practical significance for the SOS diode design and the external circuit optimization.
Keywords: semiconductor cut-off switch; pulsed power generator; numerical simulation; current interruption characteristics
1991年，以LYUBUTIN S K教授為首的俄羅斯愛卡特林堡電物理研究所的研究小組在對用于高壓整流的具有P+-P-N-N+結(jié)構(gòu)二極管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，通過二極管的高密度電流在納秒級時間內(nèi)被截?cái)嗟默F(xiàn)象，稱之為半導(dǎo)體斷路開關(guān)效應(yīng)[1](SOS)。SOS效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)了全固態(tài)脈沖功率源技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用?；赟OS二極管的脈沖功率源，具有納秒級電流截?cái)鄷r間，可獲得數(shù)十kA的電流和mV級電壓的高功率脈沖，脈沖重復(fù)頻率可達(dá)kHz[2-3]。
1 半導(dǎo)體斷路開關(guān)的基本工作原理
圖1是半導(dǎo)體斷路開關(guān)的基本回路。通過SOS二極管的電流為ISOS;負(fù)載電阻RL上的電壓為VR;電容C1上的初始電壓為U0。
在正向泵浦階段，開關(guān)S+閉合，S-斷開，初級儲能電容C1通過正向泵浦電感L+，SOS對次級儲能電容C2充電。在這一階段，通過SOS的正向電流先達(dá)到最大值，再逐漸回到電流為零的狀態(tài)，通過負(fù)載RL的電流在正向泵浦階段為零。當(dāng)正向泵浦電流通過SOS時，在SOS的P+-P-N-N+結(jié)構(gòu)中，空穴從P+區(qū)，電子從N+區(qū)注入P-N結(jié)，在P+-P-N-N+結(jié)的高摻雜邊界區(qū)積累了大量的空間電荷，使得在P區(qū)和N區(qū)積累的載流子濃度超過初始摻雜濃度兩個數(shù)量級，為反向期間的電流截?cái)嘧鰷?zhǔn)備。
圖1 半導(dǎo)體斷路開關(guān)正、反向泵浦電路
在反向泵浦階段，開關(guān)S+斷開，S-閉合，電容C2通過反向泵浦電感L-，SOS和負(fù)載RL放電。由于在P+-P-N-N+結(jié)的高摻雜邊界區(qū)積累了大量的空間電荷，當(dāng)電流反向時的前半時期，高摻雜P+區(qū)吸收空穴，高摻雜N+區(qū)吸收電子，從而在P+-P邊界附近的P+區(qū)和N-N+邊界附近的N+區(qū)形成了兩個過剩等離子體濃度波，大部分在正向泵浦階段所積累的空間電荷被抽出，使通過SOS的反向電流在很短的時間內(nèi)達(dá)到峰值。當(dāng)累積的空間電荷達(dá)到最小值時，通過SOS的反向電流開始被快速截?cái)啵琒OS上的電壓迅速上升，負(fù)載RL上得到很高的電壓脈沖。由于SOS器件內(nèi)部反向電流對載流子的抽取，使得SOS的反向電流迅速下降，并在幾十ns后達(dá)到關(guān)斷狀態(tài)，從而在SOS開關(guān)上形成斷路，這就是SOS的反向電流截?cái)噙^程。在SOS的斷路瞬間，L-中的電流將流過負(fù)載RL，從而在負(fù)載RL上產(chǎn)生瞬時的短脈沖電流[4-5]。
采用一維流體模型，利用SOS數(shù)值模擬程序，通過數(shù)值模擬計(jì)算[6]，研究了P區(qū)擴(kuò)散深度和外電路參數(shù)對SOS二極管電流截?cái)嗵匦缘挠绊憽?/p>
2 P區(qū)擴(kuò)散深度對電流截?cái)噙^程的影響
通過數(shù)值模擬計(jì)算，在其他結(jié)構(gòu)參數(shù)及電路參數(shù)不變的條件下，當(dāng)P區(qū)鋁的擴(kuò)散深度XP從60 μm加深到130 μm時，電場強(qiáng)度的峰值也隨著擴(kuò)散深度的變化相應(yīng)地從125 μm處移動到175 μm處，正向電流泵浦時間tI+、反向電流泵浦時間tI-、電流截?cái)鄷r間tbk、正向電流峰值IFm、反向電流峰值Imax、正向電壓峰值VFm和反向電壓峰值Vmax等性能的變化如表1所示。
表1 p區(qū)擴(kuò)散深度對SOS電流截?cái)噙^程的影響
Xp /μmtI+ /nstI- /nstbk /nsIFm /kAImax /kAVFm /kVVmax /kV
60415150181.3-3.89.0-91.5
70415140141.1-3.89.0-93.0
80415125131.1-3.99.1-94.0
90415123121.0-3.99.1-94.1
100415125121.0-3.99.1-94.5
110415128121.0-3.99.1-95.0
120415136111.0-3.99.1-95.0
130415136111.0-3.99.1-95.0
隨著P區(qū)擴(kuò)散深度的增加，二極管的基區(qū)寬度減小，從而導(dǎo)致在正向泵浦階段，SOS結(jié)構(gòu)的能量耗散降低，使得反向泵浦電容C2上的電壓上升，因此在反向泵浦階段，反向電流密度將增大;同時由于P摻雜區(qū)變寬，P區(qū)內(nèi)的平均電子載流子密度下降，因此電子擴(kuò)散速度變大，少子的復(fù)合機(jī)會也更大，使反向電流截?cái)鄷r間tbk隨P區(qū)擴(kuò)散深度的增加而下降，反向電流截?cái)鄷r間的減小引起反向電壓峰值Vmax的增大[7-8]。
3 外電路對電流截?cái)噙^程的影響
通過數(shù)值模擬計(jì)算，研究了外部電路參數(shù)的變化對SOS二極管電流截?cái)噙^程的影響[9]。在結(jié)構(gòu)參數(shù)及控制參數(shù)不變的條件下，通過分別改變外電路參數(shù)中電感L+，L-的值、電容C1，C2的值和負(fù)載電阻RL的值來觀察它對電流截?cái)噙^程的影響。
3.1 電感L+，L-的值對電流截?cái)噙^程的影響
當(dāng)改變電感L+時，通過數(shù)值模擬計(jì)算可得表2所示電感L+對電流截?cái)噙^程的影響。隨著電感L+的增大，SOS的正向電流泵浦時間增大，正向電流峰值和正向電壓峰值逐漸減小，反向電流峰值和反向電壓峰值緩慢增大，反向電流截?cái)鄷r間變化不大。
表2 電感L+對電流截?cái)噙^程的影響
L+ /μHtI+ /nstI- /nstbk /nsIFm /kAImax /kAVFm /kVVmax /kV
1138127152.85-3.4525.1-85.1
5298117121.35-3.5512.5-90.0
10420125111.00-3.609.5-91.0
15510140130.82-3.628.0-92.0
20585115130.72-3.627.0-92.0
當(dāng)改變電感L-時，經(jīng)數(shù)值模擬計(jì)算，電感L-的變化對反向電流截?cái)噙^程的影響如表3所示。從表3可以看出，隨著電感L-的增大，SOS的反向電流泵浦時間和反向電流截?cái)鄷r間增大，反向電流峰值和反向電壓峰值逐漸減小。
表3 電感L-對電流截?cái)噙^程的影響
L- /μHtI+ /nstI- /nstbk /nsIFm /kAImax /kAVFm /kVVmax /kV
1415130111.0-3.69.5-91.5
2415145141.0-2.69.5-64.0
3415150171.0-2.09.5-54.0
4415180351.0-1.79.5-50.0
5415200401.0-1.69.5-44.0
6415210451.0-1.59.5-42.0
7415220601.0-1.49.5-40.0
8415230651.0-1.29.5-40.0
9415280701.0-1.49.5-35.0
10415285751.0-1.19.5-30.0
上述模擬結(jié)果表明，電感L+的大小主要影響SOS的正向電流泵浦時間、正向電流峰值和正向電壓峰值的大小，對反向電流截?cái)鄷r間影響不大。電感L-的大小主要影響SOS的反向電流泵浦時間、反向電流截?cái)鄷r間、反向電流峰值和反向電壓峰值的大小，以及反向電流的上升速率。
3.2 電容C1，C2的值對電流截?cái)噙^程的影響
在改變電容C1時，通過數(shù)值模擬計(jì)算可得電容C1的變化對電流截?cái)噙^程的影響如表4所示。從表4可以看出，隨著電容C1的增大，SOS的正向電流泵浦時間、反向電流泵浦時間、正向電流峰值和正向電壓峰值逐漸增大，而反向電流峰值和反向電壓峰值則增加較快。
表4 電容C1對電流截?cái)噙^程的影響
C1 /μHtI+ /nstI- /nstbk /nsIFm /kAImax /kAVFm /kVVmax /kV
2.2370120110.9-2.99.0-72.0
3.4415130111.0-3.69.5-91.5
5.1460145111.2-4.31.0-110.0
10510165111.3-5.21.0-132.0
22550130111.4-5.91.0-150.0
在改變電容C2時，通過數(shù)值模擬計(jì)算可得電容C2的變化對電流截?cái)噙^程的影響如表5所示。通過調(diào)節(jié)電容C2的大小，可改變SOS二極管正向電流泵浦時間、反向電流泵浦時間、反向電流截?cái)鄷r間、正向電流峰值、反向電流峰值和反向電壓峰值的大小。
表5 電容C2對電流截?cái)噙^程的影響
C2 /μHtI+ /nstI- /nstbk /nsIFm /kAImax /kAVFm /kVVmax /kV
2.2370100100.85-3.69.4-94.0
3.4415130111.00-3.69.5-91.5
5.1460150131.15-3.59.5-85.0
10510165201.30-3.09.8-68.0
22550/251.42-2.29.6-47.0
上述模擬結(jié)果表明，電容C1的大小不但影響SOS的正向電流泵浦時間、正向電流峰值和正向電壓峰值的大小，也影響反向電流峰值和反向電壓峰值的大小，對反向電流截?cái)鄷r間影響不大。電容C2的大小主要影響SOS的反向電流泵浦時間、反向電流截?cái)鄷r間、反向電流峰值和反向電壓峰值的大小，以及反向電流的上升速率。
3.3 負(fù)載對電流截?cái)噙^程的影響
在改變負(fù)載電阻RL時，通過數(shù)值模擬計(jì)算，負(fù)載電阻RL的變化對電流截?cái)噙^程的影響如表6所示。
表6 負(fù)載RL對電流截?cái)噙^程的影響
RL /ΩtI+ /nstI- /nstbk /nsIFm /kAImax /kAVFm /kVVmax /kV
24415130121.0-3.69.5-92
4741511591.0-3.910.0-160
82425100101.1-4.111.2-230
12042595131.1-4.212.5-260
15042590131.2-4.212.5-265
18042588131.2-4.212.5-270
20042587131.2-4.212.5-270
22042585131.2-4.212.5-272
隨著負(fù)載的增大，反向電流泵浦時間減小，反向電流截?cái)鄷r間和反向電流峰值變化不大，反向電壓峰值增大。通過調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL的大小，可以改變反向電壓峰值、反向電流泵浦時間、反向電壓峰值的大小。
4 結(jié) 語
采用SOS二極管數(shù)值模擬程序，研究了SOS二極管P區(qū)擴(kuò)散深度和外電路參數(shù)對SOS電流截?cái)嗵匦缘挠绊?，獲得了若干有規(guī)律性的結(jié)果和認(rèn)識。它表明數(shù)值模擬所得的基本變化規(guī)律與已有文獻(xiàn)上報(bào)道的結(jié)果基本相符，這對SOS二極管工藝設(shè)計(jì)和外電路優(yōu)化設(shè)計(jì)具有理論意義和實(shí)用價值[10]。
參考文獻(xiàn)
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[8]劉健，張斌.SOS半導(dǎo)體斷路開關(guān)器件研制和實(shí)驗(yàn)研究[J].電力電子技術(shù)，2006，40(5):131-132.
[9]劉玉華，余岳輝，梁琳.半導(dǎo)體斷路開關(guān)SOS效應(yīng)測試研究[J].電力電子技術(shù)，2007，41(1):122-124.
[10]孟志鵬，張自成，楊漢武，等.半導(dǎo)體斷路開關(guān)在脈沖功率技術(shù)中的應(yīng)用[J].中國物理，2008，32(Z1):277-279.
摘 要:半導(dǎo)體斷路開關(guān)(SOS)效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)了全固態(tài)脈沖功率源技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。采用一維流體模型，利用SOS數(shù)值模擬程序?qū)OS二極管P+-P-N-N+結(jié)構(gòu)的電流截?cái)嗵匦赃M(jìn)行了數(shù)值模擬研究。研究了SOS二極管P區(qū)擴(kuò)散深度、外電路參數(shù)對SOS電流截?cái)嗵匦缘挠绊?。結(jié)果表明:P區(qū)擴(kuò)散深度、次級儲能電容C2、反向泵浦電感L-的大小對SOS的反向電流截?cái)鄷r間均有較大影響;隨著次級儲能電容和反向泵浦電感的增大，電流截?cái)鄷r間增大，反向電流峰值和反向電壓峰值減小。該研究對SOS二極管工藝設(shè)計(jì)和外電路優(yōu)化設(shè)計(jì)具有理論意義和實(shí)用價值。
關(guān)鍵詞: 半導(dǎo)體斷路開關(guān); 脈沖功率源; 數(shù)值模擬; 電流截?cái)嗵匦?/p>
中圖分類號:TN389 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1004-373X(2010)12-0179-03
Numerical Simulation of Current Interruption Characteristics in Semiconductor Cut-off Switches
YANG Hai-yan， ZHAO Xi-an
(Informatization Research Laboratory， Xi’an Military Academy， Xi’an 710108， China)
Abstract: The discovery of the semiconductor opening switch (SOS) effect promoted the development and applications of the all-solid-state pulsed power generator technology. A one-dimensional fluid model is adopted to study the current interuption characteristics of SOS diode P+-P-N-N+ structure by using SOS numerical simulation program. The influences of the diffusion depth in the diode P-type region on the current interruption characteristics of SOS diode is analyzed. The result shows that the influences of the diffusion depth of P-type region， reverse pulse inductance L-and secondary capacitor C2 in the external circuit on the reverse current interuption time of SOS is obvious， the peak values of reverse current and reverse voltage decreases with the increase of the secondary capacitor C2 and reverse pulse inductance L-. The results obtained in this thesis possesses a certain theoretical and practical significance for the SOS diode design and the external circuit optimization.
Keywords: semiconductor cut-off switch; pulsed power generator; numerical simulation; current interruption characteristics
1991年，以LYUBUTIN S K教授為首的俄羅斯愛卡特林堡電物理研究所的研究小組在對用于高壓整流的具有P+-P-N-N+結(jié)構(gòu)二極管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，通過二極管的高密度電流在納秒級時間內(nèi)被截?cái)嗟默F(xiàn)象，稱之為半導(dǎo)體斷路開關(guān)效應(yīng)[1](SOS)。SOS效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)了全固態(tài)脈沖功率源技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用?；赟OS二極管的脈沖功率源，具有納秒級電流截?cái)鄷r間，可獲得數(shù)十kA的電流和mV級電壓的高功率脈沖，脈沖重復(fù)頻率可達(dá)kHz[2-3]。
1 半導(dǎo)體斷路開關(guān)的基本工作原理
圖1是半導(dǎo)體斷路開關(guān)的基本回路。通過SOS二極管的電流為ISOS;負(fù)載電阻RL上的電壓為VR;電容C1上的初始電壓為U0。
在正向泵浦階段，開關(guān)S+閉合，S-斷開，初級儲能電容C1通過正向泵浦電感L+，SOS對次級儲能電容C2充電。在這一階段，通過SOS的正向電流先達(dá)到最大值，再逐漸回到電流為零的狀態(tài)，通過負(fù)載RL的電流在正向泵浦階段為零。當(dāng)正向泵浦電流通過SOS時，在SOS的P+-P-N-N+結(jié)構(gòu)中，空穴從P+區(qū)，電子從N+區(qū)注入P-N結(jié)，在P+-P-N-N+結(jié)的高摻雜邊界區(qū)積累了大量的空間電荷，使得在P區(qū)和N區(qū)積累的載流子濃度超過初始摻雜濃度兩個數(shù)量級，為反向期間的電流截?cái)嘧鰷?zhǔn)備。
圖1 半導(dǎo)體斷路開關(guān)正、反向泵浦電路
在反向泵浦階段，開關(guān)S+斷開，S-閉合，電容C2通過反向泵浦電感L-，SOS和負(fù)載RL放電。由于在P+-P-N-N+結(jié)的高摻雜邊界區(qū)積累了大量的空間電荷，當(dāng)電流反向時的前半時期，高摻雜P+區(qū)吸收空穴，高摻雜N+區(qū)吸收電子，從而在P+-P邊界附近的P+區(qū)和N-N+邊界附近的N+區(qū)形成了兩個過剩等離子體濃度波，大部分在正向泵浦階段所積累的空間電荷被抽出，使通過SOS的反向電流在很短的時間內(nèi)達(dá)到峰值。當(dāng)累積的空間電荷達(dá)到最小值時，通過SOS的反向電流開始被快速截?cái)啵琒OS上的電壓迅速上升，負(fù)載RL上得到很高的電壓脈沖。由于SOS器件內(nèi)部反向電流對載流子的抽取，使得SOS的反向電流迅速下降，并在幾十ns后達(dá)到關(guān)斷狀態(tài)，從而在SOS開關(guān)上形成斷路，這就是SOS的反向電流截?cái)噙^程。在SOS的斷路瞬間，L-中的電流將流過負(fù)載RL，從而在負(fù)載RL上產(chǎn)生瞬時的短脈沖電流[4-5]。
采用一維流體模型，利用SOS數(shù)值模擬程序，通過數(shù)值模擬計(jì)算[6]，研究了P區(qū)擴(kuò)散深度和外電路參數(shù)對SOS二極管電流截?cái)嗵匦缘挠绊憽?/p>
2 P區(qū)擴(kuò)散深度對電流截?cái)噙^程的影響
通過數(shù)值模擬計(jì)算，在其他結(jié)構(gòu)參數(shù)及電路參數(shù)不變的條件下，當(dāng)P區(qū)鋁的擴(kuò)散深度XP從60 μm加深到130 μm時，電場強(qiáng)度的峰值也隨著擴(kuò)散深度的變化相應(yīng)地從125 μm處移動到175 μm處，正向電流泵浦時間tI+、反向電流泵浦時間tI-、電流截?cái)鄷r間tbk、正向電流峰值IFm、反向電流峰值Imax、正向電壓峰值VFm和反向電壓峰值Vmax等性能的變化如表1所示。
表1 p區(qū)擴(kuò)散深度對SOS電流截?cái)噙^程的影響
Xp /μmtI+ /nstI- /nstbk /nsIFm /kAImax /kAVFm /kVVmax /kV
60415150181.3-3.89.0-91.5
70415140141.1-3.89.0-93.0
80415125131.1-3.99.1-94.0
90415123121.0-3.99.1-94.1
100415125121.0-3.99.1-94.5
110415128121.0-3.99.1-95.0
120415136111.0-3.99.1-95.0
130415136111.0-3.99.1-95.0
隨著P區(qū)擴(kuò)散深度的增加，二極管的基區(qū)寬度減小，從而導(dǎo)致在正向泵浦階段，SOS結(jié)構(gòu)的能量耗散降低，使得反向泵浦電容C2上的電壓上升，因此在反向泵浦階段，反向電流密度將增大;同時由于P摻雜區(qū)變寬，P區(qū)內(nèi)的平均電子載流子密度下降，因此電子擴(kuò)散速度變大，少子的復(fù)合機(jī)會也更大，使反向電流截?cái)鄷r間tbk隨P區(qū)擴(kuò)散深度的增加而下降，反向電流截?cái)鄷r間的減小引起反向電壓峰值Vmax的增大[7-8]。
3 外電路對電流截?cái)噙^程的影響
通過數(shù)值模擬計(jì)算，研究了外部電路參數(shù)的變化對SOS二極管電流截?cái)噙^程的影響[9]。在結(jié)構(gòu)參數(shù)及控制參數(shù)不變的條件下，通過分別改變外電路參數(shù)中電感L+，L-的值、電容C1，C2的值和負(fù)載電阻RL的值來觀察它對電流截?cái)噙^程的影響。
3.1 電感L+，L-的值對電流截?cái)噙^程的影響
當(dāng)改變電感L+時，通過數(shù)值模擬計(jì)算可得表2所示電感L+對電流截?cái)噙^程的影響。隨著電感L+的增大，SOS的正向電流泵浦時間增大，正向電流峰值和正向電壓峰值逐漸減小，反向電流峰值和反向電壓峰值緩慢增大，反向電流截?cái)鄷r間變化不大。
表2 電感L+對電流截?cái)噙^程的影響
L+ /μHtI+ /nstI- /nstbk /nsIFm /kAImax /kAVFm /kVVmax /kV
1138127152.85-3.4525.1-85.1
5298117121.35-3.5512.5-90.0
10420125111.00-3.609.5-91.0
15510140130.82-3.628.0-92.0
20585115130.72-3.627.0-92.0
當(dāng)改變電感L-時，經(jīng)數(shù)值模擬計(jì)算，電感L-的變化對反向電流截?cái)噙^程的影響如表3所示。從表3可以看出，隨著電感L-的增大，SOS的反向電流泵浦時間和反向電流截?cái)鄷r間增大，反向電流峰值和反向電壓峰值逐漸減小。
表3 電感L-對電流截?cái)噙^程的影響
L- /μHtI+ /nstI- /nstbk /nsIFm /kAImax /kAVFm /kVVmax /kV
1415130111.0-3.69.5-91.5
2415145141.0-2.69.5-64.0
3415150171.0-2.09.5-54.0
4415180351.0-1.79.5-50.0
5415200401.0-1.69.5-44.0
6415210451.0-1.59.5-42.0
7415220601.0-1.49.5-40.0
8415230651.0-1.29.5-40.0
9415280701.0-1.49.5-35.0
10415285751.0-1.19.5-30.0
上述模擬結(jié)果表明，電感L+的大小主要影響SOS的正向電流泵浦時間、正向電流峰值和正向電壓峰值的大小，對反向電流截?cái)鄷r間影響不大。電感L-的大小主要影響SOS的反向電流泵浦時間、反向電流截?cái)鄷r間、反向電流峰值和反向電壓峰值的大小，以及反向電流的上升速率。
3.2 電容C1，C2的值對電流截?cái)噙^程的影響
在改變電容C1時，通過數(shù)值模擬計(jì)算可得電容C1的變化對電流截?cái)噙^程的影響如表4所示。從表4可以看出，隨著電容C1的增大，SOS的正向電流泵浦時間、反向電流泵浦時間、正向電流峰值和正向電壓峰值逐漸增大，而反向電流峰值和反向電壓峰值則增加較快。
表4 電容C1對電流截?cái)噙^程的影響
C1 /μHtI+ /nstI- /nstbk /nsIFm /kAImax /kAVFm /kVVmax /kV
2.2370120110.9-2.99.0-72.0
3.4415130111.0-3.69.5-91.5
5.1460145111.2-4.31.0-110.0
10510165111.3-5.21.0-132.0
22550130111.4-5.91.0-150.0
在改變電容C2時，通過數(shù)值模擬計(jì)算可得電容C2的變化對電流截?cái)噙^程的影響如表5所示。通過調(diào)節(jié)電容C2的大小，可改變SOS二極管正向電流泵浦時間、反向電流泵浦時間、反向電流截?cái)鄷r間、正向電流峰值、反向電流峰值和反向電壓峰值的大小。
表5 電容C2對電流截?cái)噙^程的影響
C2 /μHtI+ /nstI- /nstbk /nsIFm /kAImax /kAVFm /kVVmax /kV
2.2370100100.85-3.69.4-94.0
3.4415130111.00-3.69.5-91.5
5.1460150131.15-3.59.5-85.0
10510165201.30-3.09.8-68.0
22550/251.42-2.29.6-47.0
上述模擬結(jié)果表明，電容C1的大小不但影響SOS的正向電流泵浦時間、正向電流峰值和正向電壓峰值的大小，也影響反向電流峰值和反向電壓峰值的大小，對反向電流截?cái)鄷r間影響不大。電容C2的大小主要影響SOS的反向電流泵浦時間、反向電流截?cái)鄷r間、反向電流峰值和反向電壓峰值的大小，以及反向電流的上升速率。
3.3 負(fù)載對電流截?cái)噙^程的影響
在改變負(fù)載電阻RL時，通過數(shù)值模擬計(jì)算，負(fù)載電阻RL的變化對電流截?cái)噙^程的影響如表6所示。
表6 負(fù)載RL對電流截?cái)噙^程的影響
RL /ΩtI+ /nstI- /nstbk /nsIFm /kAImax /kAVFm /kVVmax /kV
24415130121.0-3.69.5-92
4741511591.0-3.910.0-160
82425100101.1-4.111.2-230
12042595131.1-4.212.5-260
15042590131.2-4.212.5-265
18042588131.2-4.212.5-270
20042587131.2-4.212.5-270
22042585131.2-4.212.5-272
隨著負(fù)載的增大，反向電流泵浦時間減小，反向電流截?cái)鄷r間和反向電流峰值變化不大，反向電壓峰值增大。通過調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL的大小，可以改變反向電壓峰值、反向電流泵浦時間、反向電壓峰值的大小。
4 結(jié) 語
采用SOS二極管數(shù)值模擬程序，研究了SOS二極管P區(qū)擴(kuò)散深度和外電路參數(shù)對SOS電流截?cái)嗵匦缘挠绊?，獲得了若干有規(guī)律性的結(jié)果和認(rèn)識。它表明數(shù)值模擬所得的基本變化規(guī)律與已有文獻(xiàn)上報(bào)道的結(jié)果基本相符，這對SOS二極管工藝設(shè)計(jì)和外電路優(yōu)化設(shè)計(jì)具有理論意義和實(shí)用價值[10]。
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