[發明專利]一種用于高壓電脈沖壓縮的延遲擊穿二極管

在審

• 申請號: 202010777634.3
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN112071917A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 屈光輝;趙嵐;汪雅馨;徐鳴;蘭春鵬
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 燕肇琪

本發明公開的一種用于高壓電脈沖壓縮的延遲擊穿二極管，包括有由上至下依次設置的上電極、p型外延層、半絕緣層、下p型層及下電極；半絕緣層為半絕緣GaAs層或外延本征砷化鎵層或外延低溫半絕緣砷化鎵層。本發明一種用于高壓電脈沖壓縮的延遲擊穿二極管，解決了現有技術中存在的固態脈沖壓縮器件脈沖壓縮比和前沿壓縮比較低的問題。

技術領域

本發明屬于脈沖功率技術領域，具體涉及一種用于高壓電脈沖壓縮的延遲擊穿二極管。

背景技術

高性能固態高壓半導體開關可以產生高壓、大功率、高重頻、寬頻帶快電磁脈沖，一直是國內外脈沖功率技術的主要研究方向之一。脈沖壓縮器件能夠將脈沖功率開關產生的電脈沖進一步壓縮，以加快脈沖上升速度和縮短脈沖寬度。常見的脈沖壓縮器件有半導體快速離化開關(FID)、磁開關、延遲擊穿二極管(DBD)等。

FID具有獨特的結構及工作原理，具有極高的脈沖電流變化速率、高壓快脈沖前沿、大功率輸出、長壽命、高可靠性、性能穩定等優點。FID脈沖壓縮前沿最快可達50ps，單器件工作電壓約5kV，脈沖壓縮比約數十倍；磁開關的可靠性、電壓上升率以及壽命都可以得到保證，可靠性高、壽命長以及無電極侵蝕問題等優點。單器件工作電壓可達數十kV，通流能力千安量級。但磁開關脈沖壓縮前沿最快幾十ns，并且重復頻率在幾百Hz量級，脈沖壓縮比100；延遲擊穿二極管(DBD)是一種利用半導體PN結超快可逆延遲擊穿效應而研制，能夠將幾納秒的電脈沖上升沿進一步加速至亞納秒。

對于以上所述的各類脈沖壓縮器件，其脈沖壓縮比和脈沖前沿壓縮比都小于100倍，這就要求這些器件的前級輸入脈沖具有較快的上升速度和短脈寬，例如FID和DBD都要求輸入脈沖上升沿在幾ns量級，這對前級脈沖源提出了較高的要求。磁開關的脈沖壓縮一般能夠達到us級上升沿，同時脈沖壓縮比也僅僅數十倍。

目前尚無任何一種脈沖壓縮器件能夠直接將幾百us的高壓脈沖直接壓縮至幾ns量級。對于脈沖壓縮器件，脈沖壓縮比越大，則對前級脈沖的要求就越低，能夠極大的減低系統實現難度，降低成本，縮小系統體積。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于高壓電脈沖壓縮的延遲擊穿二極管，解決了現有技術中存在的固態脈沖壓縮器件脈沖壓縮比和前沿壓縮比較低的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種用于高壓電脈沖壓縮的延遲擊穿二極管，包括有由上至下依次設置的上電極、p型外延層、半絕緣層、下p型層及下電極；半絕緣層為半絕緣GaAs層或外延本征砷化鎵層或外延低溫半絕緣砷化鎵層。

本發明的特征還在于，

上電極為金鍺鎳歐姆接觸電極或銀電極或鉑金電極。

p型外延層為p+GaAs上外延層，外延厚度為2nm-100um，外延摻雜濃度為1×10¹⁴/cm³-9×10²⁰/cm³。

半絕緣層為半絕緣GaAs層時其電子遷移率為1000cm²/Vs-12000cm²/Vs，電阻率10⁶-10¹⁰Ω/cm。

下p型層(4)為p+GaAs下外延層，外延厚度2nm-100um，外延摻雜濃度為1×10¹⁴/cm³-9×10²⁰/cm³。

下層電極(5)為金鍺鎳歐姆接觸電極或銀電極或鉑金電極。

本發明的有益效果是：