GaAs光電導(dǎo)開關(guān)的級聯(lián)放電特性和機(jī)理研究.pdf

1、光電導(dǎo)開關(guān)(Photoconductive semiconductor switches，PCSS)是超快激光器與光電半導(dǎo)體相結(jié)合形成的一類新型器件，在超高速電子學(xué)、脈沖功率技術(shù)、THz技術(shù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。特別是當(dāng)需要兼顧輸出電脈沖的超快上升沿、無觸發(fā)晃動(dòng)、超短脈寬、高重復(fù)頻率、高功率、抗電磁干擾等方面時(shí)，光電導(dǎo)開關(guān)是眾多功率開關(guān)中的最優(yōu)選擇。近年來光電導(dǎo)開關(guān)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究已進(jìn)入利用弱光觸發(fā)來產(chǎn)生高功率高重復(fù)頻率無晃動(dòng)超短電脈

2、沖的研究階段，針對目前砷化鎵(GaAs)光電導(dǎo)開關(guān)工作中存在的沿面閃絡(luò)和電路拓?fù)漭敵龅葐栴}，本文主要完成了以下三個(gè)方面的工作:
　　(1)分析了單光束觸發(fā)雙開關(guān)和雙光束延遲觸發(fā)單開關(guān)下的瞬態(tài)輸出特性。特別是，采用了雙光束觸發(fā)GaAs PCSS的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過對電極的特殊處理和耐壓設(shè)計(jì)，分別對12mm和14mm兩種不同間隙的GaAs PCSS進(jìn)行了壽命、耐壓和大電流輸出測試，獲得的耐壓強(qiáng)度達(dá)32kV，峰值電流達(dá)3.7kA。結(jié)合帶電粒

3、子輸運(yùn)的波動(dòng)特性，分析了光激發(fā)載流子波的輸運(yùn)模型和成疇機(jī)制，研究了成疇初期的載流子運(yùn)動(dòng)學(xué)特征;半定量地給出了雙光束延遲觸發(fā)下光激發(fā)多疇的產(chǎn)生、輸運(yùn)和競爭的物理解釋，同時(shí)討論了介質(zhì)加載對疇產(chǎn)生及輸運(yùn)過程的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過對光子作用下光激發(fā)電荷疇的產(chǎn)生和輸運(yùn)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制的方式可以在一定程度上抑制絲狀電流產(chǎn)生和傳播。
　　(2)結(jié)合火花隙在納秒脈沖觸發(fā)下的放電特性，采用了GaAs PCSS串聯(lián)火花隙放電的實(shí)驗(yàn)思路，通過組合開關(guān)

4、的二級電離交互作用，將GaAs PCSS中光激發(fā)電荷疇的運(yùn)行約束在猝滅疇狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了級聯(lián)火花隙放電來調(diào)節(jié)和控制開關(guān)內(nèi)部碰撞電離的程度，最終獲得了光激發(fā)疇來引發(fā)大電流密度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)直流電壓與外諧振電路所產(chǎn)生的交變電壓在PCSS上疊加時(shí)，最終的合成等效電壓交替地高于開關(guān)的成疇閾值電壓。當(dāng)形成的疇已經(jīng)到達(dá)陽極前，樣品的電阻交替保持在一個(gè)較低的阻值狀態(tài)，電壓交替地變化于成疇閾值上下，依次循環(huán)，光激發(fā)載流子始終處于成疇階段，達(dá)到預(yù)擊穿狀態(tài)下的