实现高速长寿命化的RSD芯片级联技术

虽然RSD开通的di／dt可望达60kA／μs，但其关断特性与相控晶闸管几乎没有差别。要使RSD应用于重复频率脉冲工况，面临着下述几个主要问题：

1）缩短RSD关断时电荷的存储时间以提高关断性能，适应短脉冲发生器应用。

2）关断时电荷存储时间弥散。如果串联的某一器件的存储时间小于其他器件，那么器件的电流会先于其他器件停止流动，该器件上的压降增加，如同预充不够时RSD的开通电压特性，从而损耗增大。

图4-69 并联RSD堆体开通大电流实验

3）热容问题。连续运行中重复脉冲下产生的热积累，将使RSD结温超过允许结温值，导致器件特性迅速劣化，因此热容成为限制重频高幅值脉冲的重要因素。(www.xing528.com)

4）暗电流引起的损耗积累。重频高幅值脉冲运行时任何因素导致的暗电流的增大都会使断态和通态损耗迅速增大，高压阻断状态下的暗电流或电压上升时的位移电流会使阻断结的特性严重退化，暗电流的正反馈特性可能瞬间烧损整串RSD器件。

为了解决上述问题，提出降低单只阻断电压而通过增加串联数目来满足阻断电压要求的思路。根据前述对RSD开通过程的分析，RSD的最大开通电压有如式（4-43）

由式（4-43）显而易见n基区宽度W_N的缩短和掺杂浓度N_d的提高有利于减小U_Fmax，从而减小RSD的功耗。一方面，减薄基区对缩短关断时间、减少关断时电荷存储时间弥散都是有利的，从而可以提高RSD的开关速度；另一方面，提高基区掺杂浓度则可以使芯片在更高的结温下工作，即具有更高的本征温度，从而延长器件使用寿命。这样做牺牲的是RSD的正向阻断能力，但由于RSD特殊的开通原理，其在预充结束时已在芯片全面积准备好可控等离子层，开通无延迟，堆体理论上无需均压，可无限串联，所以工作电压的要求可以通过级联的方法达到。

为检验RSD堆体开通时无需均压的性能，特将不同耐压等级的芯片混合串联在一个堆体里进行开通实验。将3只耐压为3.2kV、2.2kV和1.4kV的直径40mm的RSD串联成堆体，分别在3.8kV、4.0kV和4.2kV下开通，其中4.2kV下开通的电流电压波形已在前文图4-50中示出。结果3只RSD均完好，表明了RSD串联堆体在开通时良好的自均压特性。