Субнаносекундноe ударно-ионизационное переключение кремниевых структур без p-n-переходов

Abstract

Показано, что быстронарастающий высоковольтный импульс напряжения, приложенный к кремниевой n+-n-n+-структуре, приводит к субнаносекундному лавинному пробою, генерации во всем объеме структуры электронно-дырочной плазмы и переключению структуры в проводящее состояние за время около 100 ps. Предсказанный эффект внешне сходен с задержанным лавинным пробоем обратносмещенных диодных p+-n-n+-структур, но реализуется в структуре без p-n-переходов. DOI: 10.21883/PJTF.2017.11.44697.16608

Численное моделирование субнаносекундного лавинного переключения кремниевых n-=SUP=-+-=/SUP=--n-n-=SUP=-+-=/SUP=--структур

“…Отметим, что тем не менее кривая 10 демонстpирует некоторую недооценку коэффициентов ударной ионизации, вычисленных в рамках модели [22]. Применение аппроксимации [22] в той форме, как она была исходно имплементирована разработчиками программного обеспечения TCAD Silvaco, в работе [24] привело к количественно неверным предсказаниям для напряжения динамического пробоя и величины остаточного напряжения в n + −n−n + -структурах. −n−n + -структуры с толщинами n + -слоев по 7 мкм и n-слоя 100 мкм, а также площадью поперечного сечения 1 мм 2 .…”

“…Сплошные линии соответствуют результатам, полученным численным моделированием с аппроксимацией [13][14][15]. Штрихпунктирными линиями показаны результаты из работы [24], полученные численным моделированием с аппроксимацией [22] для коэффициентов ударной ионизации в той форме, как она была имплементирована разработчиками программного обеспечения в TCAD Silvaco [11].…”

“…5 nоказаны результаты моделирования для линейно нарастающего импульса U in (t) и модели ударной ионизации, описанной в работах [13][14][15]. Численное моделирование проводилось для n + −n−n + -структуры с такими же параметрами, что и в работе [24]: толщины n + -слоев -7 мкм, n-слоя -100 мкм, площадь поперечного сечения ∼ 1 мм 2 . Видно, что успешное переключение достигается только при dU/dt > 20 кВ/нс, в то время как диодные структуры успешно переключаются уже при dU/dt > 2 кВ/нс [1][2][3][4].…”

“…В совокупности с большой концентрацией равновесных электронов в необедненной n-базе, играющих роль затравочных носителей, это создает все предпосылки для однородного переключения. Данная картина сверхбыстрого переключения n + −n−n + -структур была качественно предсказана нами уже в работе [24] до экспериментального обнаружения эффекта [8][9][10], хотя сделанные в [24] предсказания оказались количественно неверными из-за существенной недооценки коэффициентов ударной ионизации аппроксимации [22] в той форме, как она была исходно имплементирована разработчиками программного обеспечения TCAD Silvaco [11].…”

Особенности транспорта носителей заряда в структурах n-=SUP=-+-=/SUP=--n-=SUP=-0-=/SUP=--n-=SUP=-+-=/SUP=- с гетеропереходом GaAs/AlGaAs при сверхвысоких плотностях тока

“…Основной физический механизм, обеспечивающий ОДС в подобных структурах, связан с насыщением скорости дрейфа носителей заряда в сильных электрических полях. В настоящее время данный эффект используют для разработки высоковольтных суб-нс обострителей на основе кремниевых n + −n 0 −n + -структур [3,4]. Использование прямозонных A III B V материалов, как, например GaAs, который имеет боковую L-долину с большей эффективной массой электронов, позволило реализовывать в структурах n + −n 0 −n + различные режимы генерации движущихся доменов сильных электрических полей [5], в том числе коллапсирующих доменов, для которых характерна высокая скорость ударной ионизации [6].…”