Исследованы кремниевые коммутаторы−обострители, представляющие собой набор последовательных диодных структур, встроенных в коаксиальную линию передачи энергии, которые переключаются в проводящее состояние за счет возбуждения и распространения в них сверхбыстрого фронта ионизации. В коаксиальной линии с волновым сопротивлением 48 Ом получены импульсы с амплитудой более 100 кВ, пиковой мощностью 280 МВт и фронтом 40 пс по уровню 0.3–0.9 от амплитуды. Максимальная скорость нарастания выходного импульса напряжения достигает 2 МВ/нс при амплитудном значении плотности коммутируемого тока 60 кА/см². Численное моделирование показало, что при скорости нарастания обратного напряжения на одну структуру более 100 кВ/нс, реализованной в эксперименте, время коммутации единичных структур в приборе составляет 7−15 пс, а электрическое поле у p–nперехода достигает порога зинеровского пробоя (~10⁶ В/см), в результате чего реализуется туннельно-ударный механизм переключения структур.

Реализован ударно-ионизационный механизм переключения силовых тиристорных кремниевых структур в проводящее состояние импульсом перенапряжения с коротким фронтом. Такой механизм запуска позволяет увеличить скорость нарастания тока примерно на два порядка величины по сравнению с традиционным инжекционным механизмом запуска тиристора импульсом тока через управляющий электрод. При подаче на основные электроды тиристора импульса напряжения со скоростью нарастания в единицы кВ/нс время перехода тиристора в проводящее состояние находится в диапазоне 200–400 пс, что соответствует средней скорости движения фронта волны ионизации в 10–20 раз выше насыщенной скорости носителей.

Экспериментально и методами численного моделирования установлено, что основным фактором, определяющим характеристики процесса ударно-ионизационного переключения силовых тиристоров, выступает скорость нарастания воздействующего напряжения dU/dt. Рост значения dU/dt ведет к увеличению электрического поля, при котором возбуждается ударно-ионизационная волна. При этом снижается время перехода тиристора в проводящее состояние, увеличивается активная площадь структуры, через которую проходит ток, и увеличивается температура, при которой возможен запуск ударно-ионизационной волны.

Разработаны и исследованы тиристорные коммутаторы с ударно-ионизационным механизмом переключения. При длительности импульса тока около 1 мкс тиристорный коммутатор имеет рабочее напряжение 20 кВ, пропускает ток амплитудой 45 кА с начальной скоростью нарастания 130 кА/мкс и имеет эффективность переключения 85–90%. При длительности импульса тока 25 мкс коммутатор работает при зарядном напряжении 5 кВ, разряжает емкостной накопитель с энергией 12 кДж и обеспечивает протекание тока амплитудой 200 кА со скоростью нарастания 58 кА/мкс при эффективности переключения 0.97.

Основные публикации: 12, 14, 16, 20–21, 27–28, 30–33, 35.