Пространственная неоднородность ударно-ионизационного переключения силовых кремниевых тиристоров

Проведены исследования процесса переключения силового кремниевого тиристора импульсом напряжения. Установлено, что при увеличении скорости нарастания напряжения $dU/dt$ от 1 до 10 kV/ns напряжение переключения возрастает от 3 до 7 kV, а длительность процесса переключения сокращается до 200 ps. Тиристор с предварительно приложенным напряжением смещения по сравнению с тиристором без смещения имеет меньшую длительность и большее напряжение переключения. При $dU/dt$ > 4 kV/ns напряжение переключения тиристора без смещения становится больше, чем тиристора со смещением, что связано с насыщением скорости движения носителей в нейтральной части $n$-базы. Моделирование показало, что расчетные и экспериментальные осциллограммы напряжения имеют количественное согласие в случае, когда величина активной площади структуры, через которую проходит ток переключения, с увеличением $dU/dt$ растет, приближаясь к полной площади прибора при $dU/dt$ > 10 kV/ns и стремится к нулю при $dU/dt$ < 1 kV/ns. Показано, что пространственная неоднородность распределения тока возникает на этапе формирования ударно-ионизационного фронта в области, обедненной основными носителями заряда. Величина активной площади пропорциональна максимальной интенсивности процессов ионизации на этом интервале времени.