Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника

Подождите немного. Документ загружается.

400

Глава 20. Полупроводниковые импульсные включающие коммутаторы

180

Я„=21 Ом

10 20 30 40

I [не]

® 30

^ 20

-10

400

-20

Рис. 20.13.

Осциллограммы коммутации: а - при большой омической нагрузке (Л

= 21

Ом);

б-

режиме короткого замыкания; / -форма импульсов света от лазера

Световой импульс попадает на всю площадь прибора, и столбы плазмы образуются

одновременно во всех фотоприемных окнах.

На рис. 13 представлены типичные осциллограммы тока для двух предельных

случаев: при омической нагрузке значительно большей, чем характерное сопро-

тивление контура, и в режиме короткого замыкания. В первом случае фронт тока

повторяет фронт лазерного импульса (10 не), а во втором - определяется индук-

тивностью системы (20 нГн) и равен 60 не. Коммутатор переключает мощность

около 300 МВт за 60 не на частоте до 100 Гц; необходимая для этого энергия ла-

зерного импульса (с учетом всех потерь) составляет Ю

-3

Дж.

Таким образом, этот метод позволяет достаточно просто осуществить коммута-

цию мощностей гигаваттного диапазона за десятки наносекунд, причем можно

обеспечить строго синхронную работу большого числа коммутаторов. Однако на-

дежность, срок службы и частотный предел определяются неодимовым лазером;

именно это в настоящее время ограничивает возможности практического исполь-

зования метода.

Литература к главе 20

1. Грехов И.В. Импульсная коммутация больших мощностей полупроводниковыми при-

борами // Физика и техника мощных импульсных систем / Под ред. Е.П. Велихова. М.:

Энергоатомиздат, 1987. С. 237-253.

Ра%е

О.А 8оте Аёуапсез т Ро\уег, яШг, 8егшсопёис1огз ЗдуксЬез // Епег^у

8*ога§е, Сотргеззюп, апё 8>уксЫп§: Ргос. оГ *Ье I 1п1егп. СопГ. оп Епег§у 8*ога§е,

Сотргеззюп апё 8^ксЫп§

(ЫОУ.

5-7, 1974) / Её. Ьу \У.Н. ВозИск. Ы.У.; Ь.: Р1епит ргезз,

1976.

Р.

415-421.

3. ШзсоШС.

НщЬ Сштеп!, Раз! Тигп-оп Ри1зе

Оепегайоп изт§

ТЬупзЮгз

1Ыё. Р.

433-440.

Литература к главе

19 3 85

Грехов

И.В.,

Левинштейн

М.Е.,

Сергеев В.Г.

Исследование распространения включен-

ного состояния вдоль р-и-р-и-структуры // Физика и техника полупроводников. 1970.

Т.

4, вып. 11. С. 2149-2156.

Белов А.Ф., Воронков

В.Б.,

Грехов И.В.

и др. // Преобразовательная техника. 1970. № 5.

С. 15.

6. Андреев Д. В.,

Думаневич А.Н., Евсеев Ю.А.

// Там же. 1983. № 9. С. 5.

Брылевский

В.К,

Кардо-Сысоев А.Ф., Левинштейн М.Е., Чашников

ИГ. Механизм лока-

лизации тока в процессе включения субмикросекундных модулярных тиристоров //

Письма

ЖТФ. 1982. Т. 8, вып. 21. С. 1288-1292.

Брылевский

В.И., Грехов И.В.,

Кардо-Сысоев

А.Ф.,

Чашников

И.Г. Мощный высоко-

вольтный быстродействующий коммутатор //

ПТЭ.

1982. № 3. С. 96-98.

9. 2искег

О.8.Р., Ьоп§

ЗК.,

8тИН У.Ь.

е! а1. Ехрептеп1а1 Эетопз^гайоп

оГ

Ш§Ь-Ро\уег Раз1-

Клзе-Тнпе З^ксЫп^ т 8Шсоп 1ипс1юп ЗетюопёшЛогз //Арр1. РЬуз. Ье«. 1976. Уо1. 29,

N4. Р. 261-263.

10.

РШтап Р.Е,

В.З. 8оИё 8*а*е НщЬ Ро^ег

Ри1зе

8^ксЫп§ // Ргос. I ШЕЕ

1п*егп.

Ри1зеё

Ро^ег

СопГ.

ЬиЬЬоск, 1976. Уо1.1АЗ.

Р.

1-12.

11. 2искег 0.8., Ьощ З.К.,

8тИН У.Ь.

е1 а1. Ыапозесопё 8\уксЫп§ оГ Ро\уер Ьазег

Ас1луа1:её 8Шсоп 8>уксЬез // Епег^у 81ога§е, Сотргеззюп, апё 8\У11:сЫп§: Ргос. оГ 1Ье

11п1егп. Соп&гепсе оп Епег§у 81ога§е, Сотргеззюп апё 8^йсЫп§

(ЫОУ.

5-7, 1974) / Её.

Ьу

\У.Н.

Возйск. Ы.У.; Ь.: Р1епит ргезз, 1976.

Р.

538-552.

12.

Волле В.М., Воронков В.Б., Грехов

ИВ. и др. Мощный наносекундный тиристорный пере-

ключатель, коммутируемый импульсом света//ЖТФ. 1981.

Т.

51, вып. 2. С. 373-379.

26. Месяц Г А.

Глава 21

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЫКЛЮЧАЮЩИЕ

КОММУТАТОРЫ

§ 21.1 Общие сведения

Для генерирования мощных наносекундных импульсов, как было показано вы-

ше, широко распространены два основных подхода, отличающиеся друг от друга

способом накопления энергии. Первый способ основан на накоплении энергии элек-

трического поля в быстрых емкостных накопителях, в качестве которых используют-

ся низкоиндуктивные конденсаторы и формирующие линии с последующей переда-

чей энергии в нагрузку через замыкающие устройства - сильноточные наносекунд-

ные замыкающие коммутаторы. Во втором способе накопление энергии происходит

в магнитном поле индуктивного контура с током, а для ее передачи в нагрузку при-

меняются прерыватели тока. Последний метод перспективен для развития мощной

импульсной техники, поскольку плотность запасаемой энергии в индуктивных нако-

пителях примерно на два порядка выше, чем в емкостных.

другой стороны, про-

блема быстрого обрыва большого импульсного тока в техническом плане является

существенно более сложной задачей, чем проблема замыкания. В наибольшей степе-

ни эта проблема выражена при формировании мощных импульсов наносекундного

диапазона, где прерыватель должен выдерживать напряжения мегавольтнош уровня

и обеспечивать обрыв тока в десятки и сотни килоампер за время порядка единиц и

десятков наносекунд. Этим требованиям удовлетворяют три основных типа наносе-

кундных прерывателей: плазменные прерыватели тока с наносекундной и микросе-

кундной накачкой, прерыватели тока на основе электрического взрыва проволочек, а

также инжекционный тиратрон. Однако такие прерыватели либо принципиально не

способны работать в частотном режиме (взрывающиеся проволочки), либо имеют

низкую частоту повторения импульсов и ограниченный ресурс из-за эрозии электро-

дов (см. главы 18-20).

Для создания качественно новой мощной импульсной техники, способной вый-

ти на технологические применения, необходим поиск новых принципов коммута-

ции энергии. В этом направлении наиболее перспективными являются схемы с

индуктивными накопителями энергии и твердотельными полупроводниковыми

§21.1

Общие сведения

403

прерывателями тока, на основе которых возможна разработка мощных импульсных

устройств с высокими удельными характеристиками и практически неограничен-

ным сроком службы. Основная проблема здесь состоит в разработке мощного час-

тотного твердотельного размыкателя тока, способного в наносекундном диапазоне

времени отключать килоамперные токи и выдерживать напряжения порядка 10

В.

Известные физические принципы наносекундного отключения тока в твердом

теле основаны либо на токовой инжекции заряда в базу /?

-л-л

-структуры с по-

следующим выводом накопленного заряда обратным током [1], либо на создании

высокой проводимости в собственном полупроводнике под действием электронно-

го пучка [2] с последующим быстрым отключением источника ионизации. Оче-

видные технические сложности второго метода, связанные с необходимостью при-

менения ускорителей заряженных частиц для управления работой размыкателя

тока, наряду с низкими параметрами отключаемых токов (сотни ампер) и выдер-

живаемых напряжений (единицы киловольт) практически исключают его исполь-

зование в мощной импульсной технике.

Метод токовой инжекции заряда для резкого обрыва обратного тока в полупро-

водниковых диодах был предложен в 50-е годы XX в., когда интенсивно развива-

лись работы по созданию быстродействующих импульсных диодов. Диоды с эф-

фектом резкого обрыва тока получили название диодов с накоплением заряда

(ДНЗ) [3]. Принцип работы ДНЗ основан на существовании встроенного тормозя-

щего поля в базе диффузионного диода, образованного градиентом концентрации

донорных атомов. На стадии накопления заряда прямым током встроенное элек-

трическое поле, направленное из и-базы в /?-область, препятствует распрост-

ранению инжектируемых дырок в глубь базы и удерживает заряд вблизи р-п-

перехода. За счет этого при прохождении обратного тока практически весь накоп-

ленный заряд успевает выйти из базы диода на стадии высокой обратной проводи-

мости. Малая величина остаточного заряда в базе к моменту образования объемно-

го заряда у р-и-перехода приводит к резкому обрыву обратного тока за время

10~

-10~

с. Работа диода в режиме ДНЗ возможна только при низком уровне ин-

жекции и при высоком уровне легирования базы донорной примесью. Переход к

сильноточному режиму работы (высокий и сверхвысокий уровень инжекции), а

также снижение уровня легирования л-базы для увеличения обратного напряжения

диода приводит к исчезновению встроенного электрического поля и эффекта рез-

кого обрыва тока. В связи с этим характерные для ДНЗ со встроенным полем вели-

чины рабочих токов составляют 10-100 мА, обратных напряжений - 10-50 В.

Группой Грехова в ФТИ был предложен и реализован сильноточный режим ра-

боты кремниевой р+-р

[

-и-и

-структуры с плотностью обрываемого тока до

200 А/см

, временем обрыва тока около 2 не и рабочим напряжением 1-2 кВ [4].

Такие диоды получили название дрейфовых диодов с резким восстановлением

(ДДРВ). Принцип работы ДДРВ состоит в следующем. Коротким импульсом пря-

мого тока в диоде создается резко неоднородное распределение инжектированной

электронно-дырочной плазмы так, чтобы основное количество плазмы (примерно

75%) было сосредоточено в р'-слое. Затем через диод пропускается быстронара-

стающий импульс обратного тока, протекающий за счет выноса носителей из

плазмы. В /?'- и «-областях формируются резкие плазменные фронты, движущиеся

навстречу друг другу к /?-л-переходу. Скорость движения фронта определяется

26*

404

Глава 20.

Полупроводниковые

импульсные

включающие

коммутаторы

плотностью обратного тока, концентрацией носителей в плазме и величиной под-

вижности выносимых из плазмы носителей. Соотношения между этими величина-

ми должны быть выбраны так, чтобы фронты встретились точно в плоскости р-п-

перехода, после чего протекание тока происходит за счет выноса основных носи-

телей в противоположные стороны от плоскости ^-«-перехода. На р'-«-переходе

формируется область объемного заряда (003), напряжение на диоде резко воз-

растает и ток в цепи обрывается. При плотности тока, близкой к насыщенной

= епи

(е - заряд электрона, п - концентрация основных носителей в п-базе,

= 10

см/сек

-1

- предельная, насыщенная скорость движения электронов), грани-

ца 003 движется с насыщенной скоростью, и обрыв тока происходит очень быст-

ро - за единицы и даже доли наносекунды. Если плотность обратного тока на уча-

стке его нарастания превышает у

, то электронейтральность в «-базе нарушается,

на ней возрастает напряжение и в цепи, вместо резкого обрыва, начинается срав-

нительно медленный спад тока. Для /?-и-перехода с напряжением пробоя, напри-

мер, 1,5 кВ концентрация п « 10

см

-3

и = 1,6-10

А/см

. Это означает, что для

размыкания больших токов суммарная площадь кремниевых диодов должна быть

очень большой и, соответственно, возрастает стоимость и сложность размыкаю-

щих устройств.

Принципиально важным для развития техники мощных наносекундных им-

пульсов было открытие в ИЭФ так называемого 808-эффекта (808 - 8еппсоп(1ис1ог

Орешп§ 8ЛУИ:СЬ) [5]. При помощи этого эффекта оказалось возможным обрывать

токи с плотностью до 10

А/см

за наносекундные и субнаносекундные времена

при напряжениях до 10

В. В данной главе мы рассмотрим два типа полупроводни-

ковых прерывателей тока на основе ДДРВ и 808-диодов. Сравнение механизмов

работы этих диодов дано в работе [6].

21.2 Физика полупроводниковых прерывателей тока

Принцип работы полупроводниковых прерывателей тока заключается в следую-

щем. В цепь накачки включается полупроводниковый диод. Обычно диод представ-

ляет собой набор последовательно включенных ^-«-переходов, созданных диффузи-

ей доноров и акцепторов в низколегированный кремний п-типа. Схема накачки

спроектирована таким образом, что ток, проходящий через диод, имеет колебатель-

ный характер - сначала в положительной полуволне накачки через диод проходит

прямой ток, а затем в отрицательной полуволне - обратный.

Один из возможных вариантов принципиальной схемы силового модуля генера-

тора наносекундных импульсов с полупроводниковым прерывателем тока показан на

рис. 1, а на рис. 2 приведены эгаоры тока и напряжения. При / = 0 замыкается ключ

Ки конденсатор С\ перезаряжается через индуктивность Ь\ и сборку ДДРВ. Прохо-

дящий через ДДРВ в проводящем направлении импульс тока создает запас элек-

тронно-дырочной плазмы в базовой области диодов. При прохождении через нуль

прямого тока замыкается ключ К

и мощный быстронарастающий импульс обратно-

го тока /", проходящий через диоды, выводит плазму из базовых областей. Когда

запас плазмы истощается, сопротивление диодов резко возрастает, и ток переходит в

нагрузку

формируя на ней быстронарастающий импульс напряжения.

21.2

Физика полупроводниковых прерывателей

тот 405

Ьг

У<

Ян

ф С

Рис. 21.1.

Принципиальная схема силового модуля генератора наносекундных импульсов

Рассмотрим более детально физические процессы, определяющие работу

ДДРВ. Величина энергии, запасаемая в индуктивности

]У

= Ь

(/"

)

/2 и передавае-

мая в нагрузку при обрыве тока в ДДРВ, определяется общим количеством заряда

электронно-дырочной плазмы

(?о,

который может быть выведен из диода за время

от начала нарастания обратного тока до его обрыва ^

= /(/)<Л. Несколько

больший, вследствие различного рода потерь, заряд должен быть предварительно

накоплен в диоде при пропускании через него импульса тока в проводящем на-

правлении.

Процессы накопления («накачки») плазмы при протекании прямого тока через

мощный кремниевый р

-п-п

-диод и рассасывания ее при протекании обратного

тока изучены достаточно подробно. Фундаментальным процессом, ограничи-

вающим предельно-возможную концентрацию плазмы в кремнии, является

Рис. 21.2. Стилизованные осциллограммы тока через прерыватель и напряжения на нагруз-

ке:

/пд, ^пд - ток и напряжение полупроводникового диода; - длительность импульса

406

Глава

20.

Полупроводниковые

импульсные

включающие

коммутаторы

Оже-рекомбинация, определяющая при очень высоком уровне инжекции время

жизни неравновесных носителей т = (у

оже

)

-1

, где п*р - их концентрация, а

Тоже® 1,5-10~

. Оценки показывают, что время жизни, определяемое Оже-реком-

бинацией, падает от -7-Ю

-5

с при п = 10

см~

до ~7-10"

с при п = 10

см

-3

, в то

время как время жизни, определяемое линейной рекомбинацией через глубокие

примеси, в мощном кремниевом диоде обычно составляет величину порядка 10~

с.

Это означает, что даже при равном единице коэффициенте инжекции

-п-

переходов концентрация плазмы у этих переходов не может быть существенно

больше, чем 10

см~

даже при предельно высокой плотности тока. В действитель-

ности же р

-п- и л

-л-гомопереходы в кремнии являются далеко не идеальными

инжекторами дырок и электронов. С ростом плотности тока коэффициент инжек-

ции их снижается из-за ухода неравновесных носителей через потенциальный

барьер в высоколегированные р

- и л

-слои с очень высокой скоростью рекомбина-

ции. Поток через барьер примерно пропорционален квадрату концентрации плаз-

мы, что резко ограничивает возможность накопления плазмы в базовом слое.

Оценки показывают, что при возрастании стационарной плотности тока от

10 А/см

до 10

А/см

концентрация плазмы у р

- и л

-инжекторов оказывается

примерно в 4 раза меньшей, чем следует из простой линейной теории, не учиты-

вающей эти эффекты. В кремнии подвижность электронов « 1350 см

/Вс, а ды-

рок

\а

« 450 см

/В с при Т= 300 К и не очень сильном легировании (Ы< 10

см"

);

поэтому при малой плотности тока концентрация плазмы у р

-инжектора примерно

втрое больше, чем у л

-инжектора. Следовательно, с ростом тока утечка носителей

через барьер начинается раньше у /?

-инжектора, а при очень большой плотности

тока распределение плазмы становится почти симметричным. В процессе восста-

новления

-п-п

-диода

с резкими

-п-,

-и-переходами при квазистационарном

начальном распределении концентрация плазмы спадает до нуля сначала у

-п-

перехода, и образующаяся область объемного заряда (ООЗ) расширяется в л-базу,

где концентрация плазмы велика. Поэтому даже при большой плотности обратного

тока скорость движения границы и, следовательно, скорость нарастания напряже-

ния и обрыва тока сравнительно невелики - порядка сотен наносекунд.

В [4] впервые было показано, что для перехода в наносекундный диапазон про-

цесс восстановления должен осуществляться в другом режиме.

На рис. 3,

а-в

показана конструкция диода, исследованного в [4], и основные

особенности процесса восстановления. Диод выполнен глубокой (100-120ц) диф-

фузией

А1

в л-81

концентрацией доноров « 10

см

-3

, после чего сформированы

- и л

-инжекторы короткой диффузией бора и фосфора с предельной концентра-

цией. Накачка плазмы производится коротким (-200 не) импульсом прямого тока;

форма распределения концентрации плазмы показана на рис. 3, а пунктиром. Ин-

жекция дырок из слоя формирует сравнительно тонкий диффузионный плаз-

менный слой с высокой концентрацией, а за ним образуется концентрационная

волна, фронт которой в условиях биполярного дрейфа перемещается к л

инжектору; большая часть (~75%) накопленного заряда сосредоточена в диффузи-

онном //-слое. Когда через диод проходит быстронарастающий импульс обратного

тока, задний фронт волны движется с большой скоростью от л

-инжектора

к р'-п-

переходу (рис. 3, б). В то же время у

-р'-перехода

концентрация плазмы спадает

21.2

Физика полупроводниковых прерывателей тока

407

х [мкм] х [мкм]

Рис. 21.3. а - конструкция полупроводниковой структуры ДЦРВ с напряжением пробоя

1,8 кВ. Пунктиром показано распределение плазмы в конце импульса прямого тока (дли-

тельность 200 не); б - движение плазменных фронтов при протекании импульса обратного

тока; в - образование ООЗ после «схлопывания» фронтов

Рис. 21.4. Расчетные параметры 808-процесса при плотности тока накачки 2,0 кА/см

(дли-

тельность 500 не), плотности обратного тока в момент обрыва 7,7 кА/см

(время нарастания

100 не), а - распределение плазмы в конце импульса прямого тока; б - положение плазмен-

ных фронтов в момент максимума напряжения на структуре при обрыве тока; в - распреде-

ление поля

408

Глава 20.

Полупроводниковые

импульсные

включающие

коммутаторы

до нуля из-за выноса дырок влево, и образовавшийся концентрационный фронт

начинает двигаться

р'-л-переходу вправо. При определенных соотношениях ме-

жду амплитудой и длительностью импульса прямого тока и скоростью нарастания

обратного тока можно осуществить ситуацию, когда фронты «схлопываются» у

р'-л-перехода. Начиная с этого момента в диоде уже нет больше плазмы, а проте-

кание тока осуществляется за счет перемещения основных носителей в противо-

положных направлениях от р'-л-границы (рис. 3, в), что приводит к образованию

003 у р-«-перехода, резкому возрастанию напряжения на диоде и обрыву тока.

Так как скорость этого процесса определяется скоростью перемещения границы

003 в п-базу, то параметры режима должны быть выбраны так, чтобы в момент

«схлопывания» фронтов плотность обратного тока достигла величины у

= ]

« еЫм,

где I/,« 10

см/с; в этом случае граница 003 перемещается со скоростью [7] и

обрыв тока происходит за единицы (и даже доли) наносекунд. Это положение

очень существенно для ДДРВ-режима: при у <зсу, время обрыва тока /

увеличива-

ется, а при у > у, существенно возрастает напряженность поля в л-базе за задним

фронтом концентрационной волны, что искажает форму импульса напряжения на

нагрузке. Относительно невысокая рабочая плотность тока существенно ограничи-

вает возможность создания мощных наносекундных генераторов.

Однако, в 1992-1993 гг. в ИЭФ УрО РАН было экспериментально установлено,

что при очень больших плотностях прямого и обратного тока (на один-два порядка

больших, чем оптимальные для ДДРВ-режима) в определенном диапазоне плот-

ностей токов и длительностей импульсов также наблюдается резкий обрыв тока

[5], причем механизм его явно отличается от ДДРВ [6]. Последующие эксперимен-

ты и расчеты [8-11] позволили создать физическую картину этого явления, которое

авторы назвали 808-эффектом.

Физико-математическое моделирование 808-процесса заключалось в совмест-

ном численном решении уравнения Кирхгофа для электрической схемы с 808-

диодом, уравнений непрерывности для электронов и дырок в диодной структуре и

уравнения Пуассона. В качестве примера на рис. 4 приведены расчетные парамет-

ры 808-процесса при накачке и восстановлении сборки, состоящей из 196 диод-

ных структур с площадью 0,24 см

, глубиной залегания р-л-перехода 120 мкм,

толщиной л-базы —150 мкм, и концентрацией доноров в ней МО

см

-3

. Сопротив-

ление нагрузки составляло 200 Ом. Распределение плазмы в приборе в конце накач-

ки коротким (-500 не) импульсом прямого тока у

= 2,0 кА/см

показано на рис. 4, а;

на рис. 4, б показано положение плазменных фронтов и распределение поля

(рис. 4, в) при обрыве тока с плотностью 7,7 кА/см

. Хорошо видно, что из-за

большой плотности прямого тока концентрация плазмы, вносимой биполярным

дрейфом в центральную часть диода, существенно выше, чем в ДДРВ-процессе.

Быстронарастающий импульс обратного тока формирует крутые плазменные

фронты в р'- и «-слоях, движущиеся навстречу друг другу, причем фронт в

р'-области движется с существенно большей скоростью. Плотность потока дырок,

выносимых полем из плазмы через левую границу, непрерывно растет с ростом

тока, а плазменный фронт, перемещаясь вправо по диффузионному р'-слою, прохо-

дит области с непрерывно уменьшающейся концентрацией легирующей акцептор-

ной примеси Ы

. При р>И

объемный заряд некомпенсированных свободных

дырок создает электрическое поле, напряженность которого резко нарастает, а

21.3

Импульсные

устройства

приборами на

основе ДДРВ 409

ширина области объемного заряда (003) увеличивается по мере дальнейшего пе-

ремещения границы плазмы. На этом этапе напряжение на диоде быстро увеличи-

вается, а ток переходит в нагрузку, включенную параллельно диоду. Уменьшение

тока через диод, естественно, уменьшает плотность потока дырок в 003 (за время

порядка времени пролета т - 0,2 не), но одновременно уменьшается и концентра-

ция акцепторов, поскольку граница смещается

р'-«-переходу. Расчет показывает,

что при спаде тока на 30-40% поле в 003 достигает порога ударной ионизации в

кремнии (> 2-10

В/см), что приводит к появлению электронной компоненты тока в

003, замедляющей движение фронта.

Отметим два обстоятельства, принципиально отличающие механизм обрыва

тока в 808-прерывателях от механизма обрыва в прерывателях с меньшими плот-

ностями тока, например ДДРВ [6]. Во-первых, в 808-прерывателях область с низ-

кой проводимостью, в которой локализуется сильное поле, возникает не в базе

диода, как это имеет место в ДДРВ, а в сильнолегированной р-области с концен-

трацией примеси порядка 10

см~

и выше, где плотность тока насыщения состав-

ляет несколько килоампер на квадратный сантиметр. Поэтому 808-прерыватели

являются принципиально сильноточными устройствами, работающими при плот-

ностях обратного тока порядка 10

-10

А/см

. Во-вторых, на стадии обрыва тока в

диоде остается заметное количество плазмы, поэтому момент начала обрыва тока

никак не связан с принципом равенства заряда, внесенного в структуру в положи-

тельной полуволне накачки и удаленного из нее в отрицательной, что принципи-

ально, например, для дрейфовых диодов с резким восстановлением.

§ 21.3 Импульсные устройства с приборами на основе ДДРВ

Поскольку ДДРВ является размыкателем тока, это дает возможность создания

двух типов генераторов наносекундных импульсов [1].

В первом из них ДДРВ замыкает накоротко линию передачи от генератора обо-

стряемого импульса к нагрузке на время установления в линии требуемой ампли-

туды волны, а потом резко «открывает» линию. В этом случае фронт импульса в

нагрузке определяется переходным процессом в ДДРВ, а длительность - задаю-

щим генератором.

Второй тип - схема с промежуточным накоплением энергии в индуктивном на-

копителе, в которой выходной импульс формируется при резком обрыве тока в це-

пи, состоящей из последовательно соединенных ДДРВ и индуктивности либо

формирующей линии (ФЛ). В таком генераторе формируется колоколообразный

или прямоугольный (в случае ФЛ) импульс напряжения.

В схеме рис. 5 на ДДРВ через фильтр подается импульс накачки с длительно-

стью и амплитудой у

5 (5 - рабочая площадь Д ДРВ), затем прикладывается

обостряемый импульс обратной полярности длительностью

фронтом нарас-

тания /ф. За время /

обратный ток нарастает до оптимальной плотности ]

а напряжение на ДДРВ и нагрузке К

остается малым; при этом 1С-фильтр не

пропускает импульс в цепь генератора накачки. Протекание тока сопровождается

удалением из базы неосновных носителей, которое к моменту / = заканчивается.

Дальнейшее протекание тока происходит за счет выведения основных носителей и

приводит к резкому возрастанию напряжения на ДДРВ и нагрузке до значения 17.