Мощный диодный наносекундный размыкатель тока на основе $p$-кремния ($p$-SOS)

Полупроводниковый диодный наносекундный размыкатель тока с плотностью до десятков kA/сm$^{2}$ (SOS-диод) представляет собой кремниевую $p^{+}p'$Nn$^{+}$-структуру, создаваемую путем одновременной глубокой ($\sim$200 $\mu$m) диффузией в кремний $n$-типа проводимости алюминия и бора с одной стороны пластины и фосфора с другой. При работе в SOS-режиме через диод пропускается короткий импульс прямого тока, а затем прикладывается быстронарастающий импульс обратного напряжения, протекающий при этом импульс обратного тока сопровождается выносом инжектированных дырок и образованием движущегося к $p'N$-переходу плазменного фронта в $p'$-слое. Когда концентрация дырок в потоке превышает уровень легирования $p'$-слоя, в этом слое возникает область объемного заряда, сопротивление диода резко возрастает и ток переходит во включенную параллельно диоду цепь нагрузки.
Приведены первые результаты исследования альтернативной конструкции SOS-диода, которая создавалась путем короткой одновременной диффузии на глубину 60–80 $\mu$m бора и фосфора с противоположных сторон кремниевой пластины $p$-типа проводимости. В такой $p^{+}pn^{+}$-структуре после пропускания короткого импульса прямого тока и приложения затем импульса обратного напряжения образующийся в $p^{+}$-области плазменный фронт движется к $p^{+}p$-границе по $p^{+}$-области с высоким уровнем легирования, т. е. с малым сопротивлением. После пересечения этой границы фронт переходит в область с низким уровнем легирования, где концентрация дырок в потоке оказывается намного выше этого уровня и сразу формируется область объемного заряда, приводящая к переходу тока в нагрузку. Экспериментально показано, что в примерно равных условиях время обрыва тока в таком $p$-SOS-диоде примерно вдвое меньше, чем в обычных $n$-SOS-диодах, и существенно меньше коммутационные потери, а технология изготовления намного проще. Намечены пути оптимизации конструкции полупроводниковой структуры $p$-SOS-диодов для дальнейшего повышения быстродействия.