Properties of the transient of avalanche transistor switching at extreme current densities

Vainshtein, Sergey N.; Yuferev, V. S.; Kostamovaara, J.

doi:10.1109/16.974761

Cited by 38 publications

(34 citation statements)

References 14 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…We will show in this article by means of a 1D simulation that the second option can be realized in a GaAs transistor, provided that the differential electron mobility remains negative up to ultrahigh electric fields and switching occurs in a sufficiently small area of the device. The train of the moving and avalanching Gunn domains appear in the n 0 collector at a certain stage of transistor switching, which causes very intensive carrier generation across the entire switching volume and determines a much shorter switching time than that in a Si avalanche transistor, 10,11 where the carriers have to be delivered from the n + emitter and the n 0 − n + interface in the collector.…”

Section: A Brief History Of the Problemmentioning

confidence: 99%

“…From the physical point of view, the relatively fast switching of the device to a relatively low residual voltage is due to the avalanche injection, with pronounced shrinkage of the collector field domain caused by the formation and spread of a quasineutral (plasma) domain across the n 0 collector region. [9][10][11] This quasineutral domain is formed by the electron injection from the emitter, and by the impact generation of the holes near the collector contact and their drift towards the emitter. Therefore the switching time of a Si avalanche transistor cannot be shorter (but rather significantly longer) than the time it takes for the holes to travel across the n 0 collector layer at the saturated velocity.…”

Section: A Brief History Of the Problemmentioning

confidence: 99%

“…Another measure for improving the convergence was replacement of the Poison equation by the equation for the displacement current (see details in Ref. 10). The error in the calculation of the residual between the positive and negative charges was checked in each time step.…”

Section: A Modelmentioning

confidence: 99%

See 2 more Smart Citations

Ultrahigh field multiple Gunn domains as the physical reason for superfast (picosecond range) switching of a bipolar GaAs transistor

Vainshtein

Yuferev

Kostamovaara

2004

Journal of Applied Physics

View full text Add to dashboard Cite

The superfast (picosecond range) high-current switching observed recently in a GaAs junction bipolar transistor is explained by practically homogeneous carrier generation in the volume of the switching channels by a moving train of avalanching Gunn domains of large amplitude. The very fast (∼200ps) reduction in the collector voltage is determined by shrinkage of each domain, provided the negative electron mobility in ultrahigh electric fields is taken into account and current filamentation takes place. The results of one-dimensional simulations show good quantitative agreement with experimental voltage and current wave forms when the simulated switching area is equal to the summed areas of the filaments observed in the experiment.

show abstract

Section: A Brief History Of the Problemmentioning

confidence: 99%

Section: A Brief History Of the Problemmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Ultrahigh field multiple Gunn domains as the physical reason for superfast (picosecond range) switching of a bipolar GaAs transistor

Vainshtein

Yuferev

Kostamovaara

2004

Journal of Applied Physics

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Одномерная численная модель, использованная в дан-ной работе, неоднократно успешно использовалась для описания Si, GaAs и SiC биполярных транзисторов, в том числе и в режимах предельно больших плотностей тока [12,[17][18][19]. Детали процесса моделирования подроб-но описаны в работе [17].…”

Section: условия и параметры моделированияunclassified

Переходной процесс выключения 4H-SiC биполярного транзистора из режима глубокого насыщения

Юферев¹,

Левинштейн²,

Иванов³

et al. 2017

Физика И Техника Полупроводников

View full text Add to dashboard Cite

В рамках одномерного численного моделирования исследованы основные физические процессы, опреде-ляющие переходной процесс выключения биполярного SiC-транзистора из режима глубокого насыщения. Исследован процесс выключения в режиме обрыва базового тока и в режиме выключения отрицательным (выключающим) током базы. Показано, что при вполне реалистических значениях выключающего базового тока время выключения может быть уменьшено в ∼ 40 раз по сравнению с временем выключения при нулевом базовом токе. Время задержки также может быть существенно, в несколько раз, сокращено. Отмечается, что в режиме глубокого насыщения, когда реализуется интенсивная модуляция проводимости коллекторного слоя, транзистор может работать в непрерывном режиме при весьма высокой плотности тока. ВведениеК мощным импульсным переключающим системам предъявляются все более жесткие требования с точки зрения предельных рабочих частот, размеров, плотности рассеиваемой мощности, предельных рабочих темпе-ратур и радиационной стойкости. Наиболее перспек-тивными переключающими приборами с точки зрения соответствия этим требованиям являются переключа-ющие приборы на основе 4H-SiC (см., например [1]). По сравнению с другими переключающими прибора-ми, такими, как полевые транзисторы с управляющим p−n-переходом (JFETs), MOSFETs и IGBTs биполярные транзисторы (БТ) на основе 4H-SiC обладают потенци-альным преимуществом очень низкого сопротивления в открытом состоянии (R on ). Малые значения R on могут быть реализованы за счет возможной модуляции кол-лектора неосновными носителями заряда и взаимной компенсации падения напряжения на встречно вклю-ченных p−n-переходах база−эмиттер и база−коллектор. Последнее обстоятельство для приборов на карбиде кремния является особенно существенным, поскольку встроенный потенциал 4H-SiC p−n-переходов весьма высок (≤ 2.85 В при реальных рабочих плотностях тока). С момента появления первых 4H-SiC БТ [2,3] достигнут существенный прогресс в увеличении коэф-фициента усиления, рабочего напряжения и рабочей площади приборов [4][5][6].Когда БТ используется в качестве мощного переклю-чателя, одним из наиболее важных параметров прибо-ра (при заданном рабочем блокируемом напряжении) является сопротивление R on . В большинстве опубли-кованных работ величина R on была равна или даже превышала величину сопротивления немодулированно-го коллекторного слоя (см., например, [7][8][9]). Тем не менее в нескольких работах была продемонстрирована возможность существенного снижения R on за счет моду-ляции сопротивления коллекторного слоя неосновными носителями, инжектированными в режиме насыщения из базового слоя структуры (см., например, [10,11]).Подробный анализ условий, необходимых для быст-рой и эффективной модуляции коллектора и существен-ного снижения R on , проделан в рамках одномерного моделирования в работах [12,13]. Показано, что заметное снижение сопротивления коллекторного слоя транзисто-ра и, как следствие, существенное снижение остаточного напряжения на приборе могут быть достигнуты при достаточно быстром включении транзистора, условием...

show abstract

“…Typical TOF based laser radars are using laser pulses with a pulse width of 3 -5 ns limited by the limitations of high-speed laser diode drivers [5]. However, in principle, the single-shot accuracy, timing walk as well as eye-safety could be improved if shorter, even sub-ns pulses, were used.…”

Section: Fig 1 Block Diagram Of a Tof Based Laser Radarmentioning

confidence: 99%

A 700 MHz laser radar receiver realized in 0.18 μm HV-CMOS

Hintikka

Kostamovaara

2017

Analog Integr Circ Sig Process

View full text Add to dashboard Cite

This study presents a CMOS receiver chip realized in 0.18 µm High-Voltage CMOS (HV-CMOS) technology and intended for high precision pulsed time-of-flight laser range finding utilizing high-energy sub-ns laser pulses. The IC chip includes a trans-impedance preamplifier, a post-amplifier and a timing comparator. Timing discrimination is based on leading edge detection and the trailing edge is also discriminated for measuring the width of the pulse. The transimpedance of the channel is 25 kΩ, the uncompensated walk error is 470 ps in the dynamic range of 1:21,000 and the input referred equivalent noise current 450 nA (rms).

show abstract

Properties of the transient of avalanche transistor switching at extreme current densities

Cited by 38 publications

References 14 publications

Ultrahigh field multiple Gunn domains as the physical reason for superfast (picosecond range) switching of a bipolar GaAs transistor

Ultrahigh field multiple Gunn domains as the physical reason for superfast (picosecond range) switching of a bipolar GaAs transistor

Переходной процесс выключения 4H-SiC биполярного транзистора из режима глубокого насыщения

A 700 MHz laser radar receiver realized in 0.18 μm HV-CMOS

Contact Info

Product

Resources

About