揭示SOS效应的探索与发现

早在20世纪50年代，研究人员就发现在半导体二极管内可利用电荷注入技术来突然关断反向电流，并研究设计了电荷存储二极管（Charge-Storage Diodes，CSD）。只有在低注入水平和高基区掺杂条件下，二极管才能在CSD模式下运行。大电流运行模式（和超高注入水平）和为提高二极管反向电压而降低N基区掺杂水平都会导致突然关断电流效应的消失。CSD的典型运行电流和反向电压分别为10～100mA和10～50V。

1983年，前苏联科学院的I.V.Grekhov提出了一种具有P^＋-N-N^＋结构的二极管，关断电流密度达200A／cm²，电流关断时间为2ns，运行电压为1kV。这种二极管称为漂移阶跃恢复二极管（Drift Step Recovery Diodes，DSRD），在本章下一节将予以详述。为了得到1～2kV的工作电压，基区施主杂质浓度不能高于10¹⁴cm^-3。在电流关断时，其相应的最大电流密度为160～200A／cm²。通过增大结构面积和使用多个结构串联，可以提高断路开关的运行电流和电压参数。

功率二极管工作在大注入条件下，基区等离子体浓度可比初始掺杂浓度高出好几个数量级，电流密度可达到几kA／cm²到几十kA／cm²。当反向电流流过高反向传导状态的功率二极管结构时，PN结和NN＋结边缘的过剩载流子首先被抽取，同时，反向电流开始衰减，整个基区充满了密集的过剩载流子，反向电流的衰减过程就是缓慢从二极管基区移走剩余载流子的过程，典型时间为几十分之一微秒到几微秒。

功率二极管工作在含有电感负载的电路中，当电流从正向转到反向时，二极管上会出现过电压。因此，在二极管反向恢复时，电流下降时间变短。在应用二极管作为交流整流器的传统领域，这是一个不希望出现的效应，因为这会降低二极管和其他电路组件的可靠性。为抑制这种效应研究了很多方法，如选择某种掺杂分布，或使用缓冲电路抑制二极管上的过电压等。(www.xing528.com)

1990年，V.V.Vecherkovskii报道了用在高压整流二极管恢复时得到的幅值95kV、上升沿80ns的过电压脉冲来触发火花隙，他已接近于发现纳秒关断超大密度电流的效应，不过所得结果仍是按照DSRD运行机制解释的。

1991年，俄罗斯爱卡特林堡电物理研究所的S.K.Lyubutin等人在用高压二极管做整流实验时发现，使一定持续时间的正向电流和反向电流（电流高达几十千安，持续时间为几百纳秒）依次通过P^＋-P-N-N^＋的半导体结构，反向电流的关断时间降到了几十纳秒。这种大电流密度在纳秒级时间截断的现象被称为SOS效应。这种P^＋ PNN^＋的半导体结构称为半导体断路开关（SOS）。

SOS器件承受反向过电压10⁵～10⁶V，脉冲功率几百到几千兆瓦，关断持续时间纳秒级，关断电流kA级，脉宽为1～100ns，脉冲重复率为几百到几千赫兹。它代表了一种新型的全固态大电流密度ns级断路开关，预示着脉冲功率技术的新跨越。