DSRD 是基于漂移阶跃恢复效应的纳秒级断路型开关。正向泵浦后，通过反向抽取耗尽基区存储等离子体，在反向恢复末期快速截断电流，把电感储能在亚纳秒至数纳秒内转移到负载，形成高幅值、高 dv/dt 的电压脉冲。Flexfilm费曼仪器探针式台阶仪可以实现表面微观特征的精准表征与关键参数的定量测量，精确测定样品的表面台阶高度与膜厚，为材料质量把控和生产效率提升提供数据支撑。

器件采用 P⁺-P-N-N⁺ 纵向非对称掺杂。普通快恢复二极管靠缩短少数载流子寿命实现软恢复。DSRD 不靠这个，它要求基区掺杂剖面、正向泵浦脉冲和反向抽取脉冲相互匹配，使等离子体边界在 PN 结附近汇合。

工作原理

DSRD正向泵浦与反向抽取过程中的载流子输运示意图

工作过程分三段。泵浦阶段，P⁺ 与 N⁺ 发射区向低掺杂基区注入空穴和电子，形成高密度电子-空穴等离子体，器件呈低阻。抽取阶段，电流换向，等离子体未抽尽前 DSRD 仍反向导通，反向电流上升并在回路电感中建立磁能。阶跃恢复阶段，等离子体被抽尽，电流转为结电容充电，空间电荷区迅速建立，反向电流被截断并转移至负载支路。

DSRD双脉冲驱动电路及正向泵浦-反向抽取-阶跃恢复波形示意图

开断时间的极限可表示为toff ≈ W/vs，其中 W 为空间电荷区展开宽度，vs 为载流子饱和漂移速度。Si 器件要提高耐压就需加宽空间电荷区，W 变大又拖慢开断速度，耐压与速度之间形成折中。4H-SiC临界击穿电场更高、饱和漂移速度约为 Si 的两倍，能在更窄阻断层内承担更高电压，材料体系由此转向 SiC。

结构优化

万伏级4H-SiC DSRD三阶刻蚀JTE终端的实际台阶参数与SEM形貌

结构优化有两条互补路线。三阶刻蚀 JTE 终端利用器件自身 P 基区作终端电荷来源，通过 ICP 刻蚀形成 JTE1、JTE2、JTE3 三级台阶及隔离槽，避开离子注入的损伤与剂量敏感性问题；采用 Ni 掩膜、从内向外刻蚀并优化显影时间后，得到侧壁平整、底部无明显微沟槽的台阶形貌。万伏级样片在 9.95 kV 下仍未击穿，漏电流仅 76 nA。

传统4H-SiC DSRD与超结4H-SiC DSRD外延结构对比示意图

超结外延结构在漂移区内引入交替 P 柱和 N 柱，靠二维电荷补偿把电场由三角或梯形展宽为近矩形，击穿电压由 1 257 V 提高到 1 606 V，负载电压上升时间由 2.7 ns 缩短至 2.2 ns。

工作电路与输出特性

双电源四支路4H-SiC DSRD脉冲发生器电路示意图

输出能力上，串联堆叠路线已实现 10.5 kV/0.9 ns 和 30.5 kV/1.6 ns；单管高压化路线上，10 kV 级器件在 RL=10 kΩ 下获得 10.56 kV/1.75 ns。双电源四支路拓扑引入独立高压反向支路，解开了正向泵浦与反向抽取回路的能量耦合，在 1.41 ns 上升时间内实现 7.91 kV 输出，图6 显示该设计在单管 SiC DSRD 的“耐压-速度”指标空间中表现出显著优势。

单管 SiC DSRD 脉冲输出峰值电压、上升时间与电压上升率对比

DSRD脉络：工作原理上正向泵浦、反向抽取、阶跃恢复三段式实现反向电流硬截断；材料上Si的耐压-开断折中推着器件转向4H-SiC；结构上三阶刻蚀JTE与超结外延分别解决高压单芯片化落地与耐压-速度突破；电路上双电源四支路解开泵浦与抽取能量耦合，把单管输出推到7.91 kV/1.41 ns。台阶仪是三阶刻蚀JTE从设计走向样片的量化关口：三级台阶加隔离槽的深度、宽度与底部形貌决定终端等效电荷分布是否落在TCAD窗口内，刻蚀顺序、显影时间的每次调整最终都回到台阶轮廓上验证。

Flexfilm费曼仪器探针式台阶仪

技术支持：180-1566-6117

费曼仪器（Flexfilm）探针式台阶仪：在半导体、光伏、LED、MEMS器件、材料等领域，表面台阶高度、膜厚的准确测量具有十分重要的价值，尤其是台阶高度是一个重要的参数，对各种薄膜台阶参数的精确、快速测定和控制，是保证材料质量、提高生产效率的重要手段。

✔ 配备500W像素高分辨率彩色摄像机

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费曼仪器作为国内领先的薄膜厚度测量技术解决方案提供商，Flexfilm探针式台阶仪可以对薄膜表面台阶高度、膜厚进行准确测量，保证材料质量、提高生产效率。

原文参考：《纳秒至皮秒级脉冲功率半导体开关器件机理与技术进展》

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