如何设置开通时间ton和关断时间toff？

前面已经讨论过，当U_G＞0，SITH器件开通，当U_G＜0，沟道势垒增大从而使SITH器件关断。我们选择常闭型SITH进行说明（当U_G＝0时，SITH截止）。实际上，SITH开启后的特性并不受栅极的影响，也就是说不像晶体管和VDMOS那样，有饱和深度的问题（饱和情况随时都与驱动信号有关）。也就是说，SITH器件一旦被栅极驱动而开通，就不再受栅极电流的影响，除非栅极改变方向成为抽出电流。然而开启速度，即从关断到导通的时间，却与栅极注入电流有密切的关系。

开通时间t_on定义为对处于夹断状态的耗尽层，由向栅极发出触发信号开始，直到器件开通所需要的时间。开通过程是由栅极阻抗等取决于器件结构本身的参数所支配的。SITH导通时，从阴极和阳极注入的大量载流子在沟道中保持动态平衡，随着注入的增加，受电导调制效应的影响，沟道电阻会显著降低，从而又加大了注入，从而使电流迅速上升。

定义I_A电流衰减到初值的10％所经历的时间为关断时间t_off。t_off的大小与多方面的因素有关：一是栅极抽出电流的大小；二是基区和沟道区的电子—空穴复合的速度；三是原存储电荷的多少。理论上使SITH器件从导通到关断有两种方法：一种是给栅极加负电压，另一种是迫使I_AK为零。然而后一种方法在实际应用中意义不大，故一般都采取第一种方式。栅极加负电压关断SITH实际上是从沟道抽取积累电荷的过程，随着沟道电荷的抽取，沟道势垒会发生显著的变化，这就决定了关断时间的长短。

我们以下面的电路（见图3-145）来着重讨论SITH的关断过程。图3-146为关断以后主电流和阳极-阴极间电压波形，门极-阴极间的电压及电流波形。

图3-145 试验电路

从门极电流开始抽出的瞬时t₀起，即门极电流反向的瞬间，这时阳极电流I_T还没有明显减小，I_T的大小决定了注入并存储在沟道和基区中的电荷量Q，I_T越大，Q越大。门极的抽取电流变化率决定于门极电源电压U_GR和含有门电极G、门极电源U_GR、开关S_R及阴极电极K的回路所形成的布线电感之比。直至门极电流出现峰值的时间之前，是以门极P^＋层和阴极N＋层的门结为中心。经过t_s后阳极电流降到I_T的90％，随后I_T急剧减小，与此同时，阳极电压U_a迅速上升。电子和空穴复合使载流子消失期间，处于门极-阴极结之间反方向特性的状态。当门极电流达到峰值、门极-阴极之间的载流子减少时，在门极结处生成耗尽层，这就到了门极-阴极结之间发生反向电压的时间t₂。在t₂时刻，沟道被夹断，门极-阴极结附近的耗尽层加宽，使从阳极流向阴极的主电流I_T减小到一个极小值，阳极电压上升到一个极大值，即U_DSP。在这段时间内，沟道完全夹断，耗尽层则服从外加于器件的电压，N^-基极层变宽。残留于N^-基极层的载流子从门电极经门极电路流至器件外部，形成阳极电流值逐渐减小的所谓“拖尾”时期t_tail，Q越大，t_tail越大。这时的电压变化率du／dt决定于关断之前的电流I_T和缓冲电容器电容C_S、结电容C_J之和的比值I_T／（C_S＋C_J）。储存在阳极电抗器L_a中的能量，通过缓冲二极管向缓冲电容器VD_s充电，但当电压高于电源电压U_D时，靠缓冲电阻R_S，使正反馈至电源的电压上升到U_DM。

研究表明，SITH的使用频率主要受t_off限制，t_off约在微秒量级，故SITH的频率性能远优于一般晶闸管。

图3-146 各部分电流和电压波形

下面研究延时过程来说明器件参数和延时时间的关系。

一旦关断过程开始，器件可以等效为由P阳极，N阴极和P栅组成的一个PNP晶体管。

当0≤t≤t_p，(www.xing528.com)

I_AG＝βI_AK

式中，I_AG为从阳极到栅极的电流；I_AK为阳极到阴极的电流；β为电流增益。

在t＝t_p，阳极电流I_A（t_p）有如下关系：

式中，W为基区宽度；L_p为少子扩散长度。

当夹断时（t＞t_p），

I_A＝IAG

N基区少子的消亡时间由其寿命决定：

I_A（t）＝I_A（t_p）exp（-t／τ）

为了缩短t_off，即使载流子的复合速率尽可能快，要求载流子的寿命尽可能短，然而，这又会使导通时的压降升高，增加器件损耗。两者是矛盾的，只能进行折中兼顾，t_off的缩短是以损耗为代价的。

图3-147为阳极电流和时间的关系示意图。