本文通過求解一組耦合、剛性、非線性方程組，并根據(jù)實際情況選擇相關(guān)物理模型(遷移率、產(chǎn)生復合等)，獲得關(guān)鍵半導體器件的宏觀行為。重點對具有不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和物理參數(shù)的DBD器件在不同激勵源下的延遲擊穿效應進行了仿真，研究了不同參數(shù)對延遲擊穿半導體開關(guān)二極管開關(guān)特性(上升時間、脈沖寬度)的影響。仿真的器件結(jié)構(gòu)和簡化電路模型如圖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,負載R=50Ω。激勵源具有常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)和模擬簡化電路
圖2中帶三角符號的實線表示峰值為2.3kV的輸入驅(qū)動脈沖，剛開始有一個小的前脈沖，然后有一個小的上升，最后是較快的上升，上升沿時間為300ps.另一條曲線表示50Ω負載的電壓，即銳化后的輸出脈沖，從470V到峰值2.18kV處上升時間為90ps.可見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載電阻的關(guān)系。Focia等人認為，器件面積依賴于所需的功率控制能力，對輸出負載卻沒有提到。從仿真結(jié)果看，并不完全是這樣。從圖3、圖4可以看出，在一定面積或負載電阻R 范圍內(nèi)，輸出電壓幅度幾乎不變，上升時間則差不多單調(diào)上升;在該范圍低端，當面積或負載電阻減小時輸出幅度單調(diào)下降，但上升時間卻存在極小值。這是因為在上述范圍內(nèi)，截面積增加，則通過負載的電流增加，從而輸出幅度變大，但加在負載上的電壓的增加必然導致DBD兩端電位的下降，從而使雪崩電流減少，進而導致輸出電壓減小，綜合結(jié)果是輸出幅度幾乎不變，這可以認為類似于負反饋情形。上升時間方面，隨著R 或面積的增加，DBD兩端電壓的加載速率dV/dt下降，因而上升時間增加。在上述范圍內(nèi)，負載電阻改變時情形也一樣。在上述范圍以外，當面積減小時，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，電路中電流增加，DBD電壓下降，導致輸出幅度減小。上升時間方面，情況比較復雜，不同R 時輸入電壓DBD端電壓波形如圖5所示，從圖5可以看出，R 兩端的電壓上升時間決定于DBD端電壓的下降時間。隨著R 的減小，從圖4可以得到，DBD端電壓下降時間(即R 兩端的電壓上升時間)在R=40Ω處存在極值。因為，隨著R 的進一步減小，處于雪崩狀態(tài)的DBD電阻相對變大，這樣DBD上的壓降最小值(對應于R 上的最大值)增大，因此下降變化率減小，上升時間反而增加，故上升時間在R=40Ω處出現(xiàn)極值。面積減小時的情形也很類似。
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圖3 電壓峰值及上升時間與其橫截面積的關(guān)系
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圖4 電壓峰值及上升時間與負載電阻的關(guān)系
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圖5 輸入電壓及不同負載時的DBD端電壓波形