本文通過(guò)求解一組耦合、剛性、非線(xiàn)性方程組，并根據(jù)實(shí)際情況選擇相關(guān)物理模型(遷移率、產(chǎn)生復(fù)合等)，獲得關(guān)鍵半導(dǎo)體器件的宏觀行為。重點(diǎn)對(duì)具有不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和物理參數(shù)的DBD器件在不同激勵(lì)源下的延遲擊穿效應(yīng)進(jìn)行了仿真，研究了不同參數(shù)對(duì)延遲擊穿半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)二極管開(kāi)關(guān)特性(上升時(shí)間、脈沖寬度)的影響。仿真的器件結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)化電路模型如圖1所示，器件面積為0.01cm2,p+ 區(qū)摻雜濃度NA=1019cm-3,n+ 區(qū)摻雜濃度ND=1019cm-3,負(fù)載R=50Ω。激勵(lì)源具有常dV/dt上升沿的波，如圖2所示，幅度為2.3kV,選擇該波形是便于理論分析。

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　　圖1 延遲擊穿二極管結(jié)構(gòu)和模擬簡(jiǎn)化電路

　　圖2中帶三角符號(hào)的實(shí)線(xiàn)表示峰值為2.3kV的輸入驅(qū)動(dòng)脈沖，剛開(kāi)始有一個(gè)小的前脈沖，然后有一個(gè)小的上升，最后是較快的上升，上升沿時(shí)間為300ps.另一條曲線(xiàn)表示50Ω負(fù)載的電壓，即銳化后的輸出脈沖，從470V到峰值2.18kV處上升時(shí)間為90ps.可見(jiàn)DBD器件能有效地阻止前脈沖和慢的上升，在峰值電壓處擊穿(關(guān)閉)很快。

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　　圖2 典型輸入電壓和輸出電壓波形

　　圖3和圖4分別表示DBD輸出與其橫截面積及負(fù)載電阻的關(guān)系。Focia等人認(rèn)為，器件面積依賴(lài)于所需的功率控制能力，對(duì)輸出負(fù)載卻沒(méi)有提到。從仿真結(jié)果看，并不完全是這樣。從圖3、圖4可以看出，在一定面積或負(fù)載電阻R 范圍內(nèi)，輸出電壓幅度幾乎不變，上升時(shí)間則差不多單調(diào)上升;在該范圍低端，當(dāng)面積或負(fù)載電阻減小時(shí)輸出幅度單調(diào)下降，但上升時(shí)間卻存在極小值。這是因?yàn)樵谏鲜龇秶鷥?nèi)，截面積增加，則通過(guò)負(fù)載的電流增加，從而輸出幅度變大，但加在負(fù)載上的電壓的增加必然導(dǎo)致DBD兩端電位的下降，從而使雪崩電流減少，進(jìn)而導(dǎo)致輸出電壓減小，綜合結(jié)果是輸出幅度幾乎不變，這可以認(rèn)為類(lèi)似于負(fù)反饋情形。上升時(shí)間方面，隨著R 或面積的增加，DBD兩端電壓的加載速率dV/dt下降，因而上升時(shí)間增加。在上述范圍內(nèi)，負(fù)載電阻改變時(shí)情形也一樣。在上述范圍以外，當(dāng)面積減小時(shí)，由于雪崩產(chǎn)生的等離子體數(shù)量有限，雪崩電流減小，因而輸出幅度減小;R 減小時(shí)，電路中電流增加，DBD電壓下降，導(dǎo)致輸出幅度減小。上升時(shí)間方面，情況比較復(fù)雜，不同R 時(shí)輸入電壓DBD端電壓波形如圖5所示，從圖5可以看出，R 兩端的電壓上升時(shí)間決定于DBD端電壓的下降時(shí)間。隨著R 的減小，從圖4可以得到，DBD端電壓下降時(shí)間(即R 兩端的電壓上升時(shí)間)在R=40Ω處存在極值。因?yàn)?，隨著R 的進(jìn)一步減小，處于雪崩狀態(tài)的DBD電阻相對(duì)變大，這樣DBD上的壓降最小值(對(duì)應(yīng)于R 上的最大值)增大，因此下降變化率減小，上升時(shí)間反而增加，故上升時(shí)間在R=40Ω處出現(xiàn)極值。面積減小時(shí)的情形也很類(lèi)似。

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　　圖3 電壓峰值及上升時(shí)間與其橫截面積的關(guān)系

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　　圖4 電壓峰值及上升時(shí)間與負(fù)載電阻的關(guān)系

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　　圖5 輸入電壓及不同負(fù)載時(shí)的DBD端電壓波形