半絕緣GaAs體雪崩納秒脈沖輸出特性研究.pdf

1、開關(guān)技術(shù)在脈沖功率技術(shù)中占有重要的作用，開關(guān)元件的參數(shù)和特性對脈沖的上升時間、幅值等有最直接的影響。高重復頻率、小型化、全固態(tài)是當前開關(guān)技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。因此，對于具有耐高壓強電流、擊穿快、長壽命以及能在重復的脈沖下穩(wěn)定工作的開關(guān)器件的研制，是當前國內(nèi)外脈沖功率技術(shù)中十分受重視的方向。
　　在探究半絕緣GaAs的擊穿特性時，我們發(fā)現(xiàn)在尖銳電極條件下，半絕緣GaAs能夠在20kV/cm的平均電場下被擊穿。經(jīng)過進對電極形狀的進一步設(shè)

2、計研究，我們實現(xiàn)了半絕緣GaAs體雪崩產(chǎn)生納秒級電脈沖。本文分析研究了儲能電容、加壓方式、溫度、同軸線儲能和二級加速對脈沖輸出的影響，并分析了脈沖的觸發(fā)機理。主要完成了以下工作：
　?。?）實驗探究了半絕緣GaAs體雪崩樣品的最佳工作模式。
　　在測定了半絕緣GaAs樣品伏安特性曲線的基礎(chǔ)上，設(shè)計電容儲能電路產(chǎn)生了納秒級高壓電脈沖，并且通過探究儲能電容、脈沖加壓方式和溫度對脈沖輸出的影響，確定了半絕緣GaAs樣品的最佳工作模

3、式。脈沖加壓方式比手動加壓具有更好的穩(wěn)定性，所以加壓方式應使用脈沖加壓方式。脈沖加壓方式下，脈寬和輸出電壓不能兼顧，優(yōu)先產(chǎn)生窄脈沖時選小電容，優(yōu)先高輸出電壓時可選擇大電容。脈沖加壓方式下，樣品在低溫時的輸出脈沖寬度更窄，上升沿更快，電壓更大。綜上所述，半絕緣GaAs樣品體雪崩產(chǎn)生納秒級電脈沖的最佳工作模式為：使用脈沖加壓方式，樣品工作在低溫下，儲能電容選小電容。600um電極間隙的半絕緣GaAs樣品在不同工作模式下，產(chǎn)生了最小脈寬為2.

4、923ns，電壓433V，上升沿為1.391ns以及最大電壓1185V，脈寬12.95ns，上升沿3.149ns的納秒級電脈沖。
　?。?）研究了同軸線儲能、二級壓縮和多樣品串聯(lián)對波形的影響。
　　使用同軸線儲能電路，得到了近似方波脈沖，脈沖擁有數(shù)納秒的上升沿，脈沖的寬度與同軸線的長度成正比。選擇適當?shù)耐S線長度和電容參數(shù)并輔以不同組合方式，能得到不同的波形，但同軸線體積較大，會增加了電路體積。二級壓縮模式能壓縮輸入脈沖，使

5、用二級壓縮的方式到了脈寬為1.867ns，上升沿為1.332ns的電脈沖，但輸出電壓較低。樣品串聯(lián)可以提高整體的耐壓，輸出電壓也比單樣品輸出電壓要高，且脈寬變窄，上升沿變快。
　?。?）研究了半絕緣GaAs體雪崩樣品的觸發(fā)機理。
　　經(jīng)過計算分析，排除了半絕緣GaAs樣品導通機理為熱擊穿的可能性，認為半絕緣GaAs樣品產(chǎn)生納秒級電脈沖的機理主要與EL2深能級電子俘獲機制、轉(zhuǎn)移電子效應、EL2深能級碰撞電離效應和逆疇理論有關(guān)。