RSD二维数值模拟与预充过程分析

余岳辉 冯仁伟 梁 琳

（华中科技大学电子科学与技术系 武汉 430074）

1 引言

反向开关晶体管（Reversely Switched Dynistor，RSD）是一种基于借助可控等离子体层开通原理[1-4]的新型脉冲功率半导体器件。采用多元胞并联结构的RSD（见图1，RSD中含有大量的p+npn+与n+np单元）具有全面积开通、高 di/dt（可达 105A/μs）耐量的特点。同时作为两端器件，RSD无第三控制电极的特点使得其控制电路相对简单，同步开通一致性很好，易于组建高压堆体。因此在国防、高能物理、环保等领域有着广泛的应用潜力。

图1 RSD结构Fig.1 Structure of RSD

前苏联约飞物理科学研究院Grekhov等人首先提出了RSD器件工作机理[1]，并基于大注入等离子体理论，给出了RSD的基本工作原理和一维物理模型[2-4]。文献[5]在此基础上考虑了强电场效应（迁移率随电场的变化）、载流子寿命和碰撞电离过程，建立了RSD基区等离子体分布的一维数值模型，并通过Matlab联立外电路模拟了器件的预充和开通过程。

以上理论和模型都是基于大注入等离子体理论的一维模型，而RSD作为一种具有多元胞并联结构（阴极和阳极都存在短路点结构）的器件很难使用一维模型分析短路点对其特性的影响[6]，例如电流集中现象和载流子横向分布扩散现象等。同时，器件基区以外的区域在很大程度上工作在非大注入状态，再者器件的预充前期，电流换流过程和器件关断过程都可能出现器件内部载流子浓度过低或出现横向分布不均等一维大注入模型不能解释的现象[7]。因此，为了更深入的了解RSD器件的工作原理，需要建立适合各种注入状态的二维器件模型。……