Биполярные переключатели с распределенными микрозатворами. Условия вхождения в динамический пробой при выключении

Предложена универсальная компактная методика расчета условий динамического лавинного пробоя биполярных переключателей с $p^+nn_0(p_0)pn^+$-структурой и с распределенными микрозатворами при их запирании в цепи с резистивной нагрузкой. Получаемые условия определяют ограниченную пробоем предельную коммутируемую мощность конкретного прибора. Представлены примеры расчета границ области безопасной работы по току и напряжению и предельной мощности для структур Si и 4H-SiC. Установлено, что в наибольшей степени подвержены пробою структуры с затворами, которые при запирании экстрагируют неосновные носители, причем того типа, который обладает более высоким коэффициентом ударной ионизации, т. е. электроны из $p_0$-базы для кремния, или дырки из $n_0$-базы для 4H-SiC. Напротив, наиболее устойчивы к пробою еще не получившие распространения структуры с затворами противоположного типа, т. е. для случая Si – экстрагирующими дырки из $p_0$-базы, а для 4H-SiC – экстрагирующими электроны из n0-базы. Показано, что при реализации таких конструкций для Si-переключателей с напряжением переключения $U_{\mathrm{max}}\sim$ 5–7 kV максимальная мощность, приведенная к единице площади, может быть увеличена от обычного уровня $\sim$200 kJ/cm$^2$ до нового теоретического предела $\sim$0.7–1.0 MW/cm$^2$, а для переключателей на основе 4H-SiC с $U_{\mathrm{max}}\sim$ 4.5–10 kV этот предел может достигать 200 MW/cm$^2$ и выше.