硅納秒級(jí)切斷開(kāi)關(guān)熱特性研究.pdf

1、基于半導(dǎo)體中高密度電流瞬間被切斷的效應(yīng)（SOS效應(yīng)）研制的硅納秒級(jí)切斷開(kāi)關(guān)與傳統(tǒng)的高功率開(kāi)關(guān)相比，具有體積小、重量輕、造價(jià)低、壽命長(zhǎng)和可在高重復(fù)頻率下工作等優(yōu)點(diǎn)，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(duì)脈沖源高重復(fù)頻率、高可靠性等要求，特別是它長(zhǎng)壽命優(yōu)點(diǎn)不僅會(huì)為射頻、射束的武器化提供新的技術(shù)支持，而且將推動(dòng)脈沖功率技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。 本文介紹了硅納秒級(jí)切斷開(kāi)關(guān)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展及水平，分析了半導(dǎo)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(kāi)關(guān)器件的電流切斷模式。對(duì)影響開(kāi)關(guān)性能的關(guān)鍵工藝技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，用有限元軟件ANSYS建立了開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的三維模型，并進(jìn)行了熱應(yīng)力仿真。根據(jù)仿真結(jié)果，對(duì)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，研制出了工作電壓1kV、電流3kA、電流切斷時(shí)間14ns、芯片面積0．28c㎡的開(kāi)關(guān)芯片，和工作電壓120kV～500kV、電流3kA、電流切斷時(shí)間4～10ns的開(kāi)關(guān)組件。改進(jìn)結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)在300Hz連續(xù)模式

3、和1000Hz猝發(fā)模式下工作正常，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)與俄羅斯開(kāi)關(guān)水平相當(dāng)。 本論文的創(chuàng)新主要集中在以下方面： （1）對(duì)影響硅納秒級(jí)切斷開(kāi)關(guān)性能的關(guān)鍵工藝技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)實(shí)驗(yàn)研究，研制出了能在納秒時(shí)間內(nèi)切斷高密度電流的開(kāi)關(guān)芯片； （2）用有限元軟件ANSYS對(duì)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了熱應(yīng)力仿真，比較了硅-鋁和硅-鎳兩種疊層結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力和應(yīng)變，改進(jìn)了開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，解決了開(kāi)關(guān)在1000Hz猝發(fā)模式中存在的問(wèn)題； （3）針對(duì)開(kāi)關(guān)在脈沖