硅納秒級切斷開關(guān)熱特性研究.pdf

1、基于半導體中高密度電流瞬間被切斷的效應（SOS效應）研制的硅納秒級切斷開關(guān)與傳統(tǒng)的高功率開關(guān)相比，具有體積小、重量輕、造價低、壽命長和可在高重復頻率下工作等優(yōu)點，它的研制成功，滿足了現(xiàn)代高功率、超寬帶脈沖發(fā)生器系統(tǒng)對脈沖源高重復頻率、高可靠性等要求，特別是它長壽命優(yōu)點不僅會為射頻、射束的武器化提供新的技術(shù)支持，而且將推動脈沖功率技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應用。 本文介紹了硅納秒級切斷開關(guān)國內(nèi)外研究進展及水平，分析了半導體中高密度電流瞬間切

2、斷技術(shù)的物理原理，比較了幾種具有p+-n-n+結(jié)構(gòu)的硅快速切斷開關(guān)器件的電流切斷模式。對影響開關(guān)性能的關(guān)鍵工藝技術(shù)進行了實驗研究，用有限元軟件ANSYS建立了開關(guān)結(jié)構(gòu)的三維模型，并進行了熱應力仿真。根據(jù)仿真結(jié)果，對開關(guān)結(jié)構(gòu)進行了改進，研制出了工作電壓1kV、電流3kA、電流切斷時間14ns、芯片面積0．28c㎡的開關(guān)芯片，和工作電壓120kV～500kV、電流3kA、電流切斷時間4～10ns的開關(guān)組件。改進結(jié)構(gòu)的開關(guān)在300Hz連續(xù)模式

3、和1000Hz猝發(fā)模式下工作正常，各項技術(shù)指標與俄羅斯開關(guān)水平相當。 本論文的創(chuàng)新主要集中在以下方面： （1）對影響硅納秒級切斷開關(guān)性能的關(guān)鍵工藝技術(shù)進行了詳細實驗研究，研制出了能在納秒時間內(nèi)切斷高密度電流的開關(guān)芯片； （2）用有限元軟件ANSYS對開關(guān)結(jié)構(gòu)進行了熱應力仿真，比較了硅-鋁和硅-鎳兩種疊層結(jié)構(gòu)的熱應力和應變，改進了開關(guān)結(jié)構(gòu)，解決了開關(guān)在1000Hz猝發(fā)模式中存在的問題； （3）針對開關(guān)在脈沖