火花放电辐射光触发光电导开关研究

摘要

GaAs光电导开关具有高重频、小抖动、无晃动、快速导通、结构简单特别是高耐压及大功率容量等优点使其在超高速电子学领域的应用前景非常广泛。特别是GaAs、InP等Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体光电导开关由于能带结构的特殊性所带来的非线性工作模式，使光电导开关的性能在实际应用中更加有效，方便，灵活。但是目前目用来触发光电导开关进入线性或是非线性模式都是使用激光作为光源，激光设备体积普遍偏大，不利于紧凑设计，不利于设备小型化，而且能够达到使用要求的激光设备成本偏高，对于光电导开关的使用前景的拓展形成了不小的阻力。
　　本文以实验数据为基础，以实验现象为依据，通过对实验结果的系统总结和分析，指出火花放电辐射光光脉冲是可以成功的触发光电导开关进入线性和非线性模式的。本文首先指出火花放电辐射光脉冲的光强是与放电间隙的间距成正比的，其光脉冲宽度约为300ns，中心波长为500nm而且与放电间隙之间的气体成分有关。然后，给出实验结果:在Aston结构下，使用2mm间隙GaAs光电导开关，在1.5kV偏压下，开关被触发进入线性模式并输出260mA电流;在1.8kV以上开关进入非线性模式，并在2.5kV偏压下输出28.2A电流。使用小电阻取样的电路结构在2.0kV，3.0kV和4.0kV偏压下分别得到了2960A，5120A和8000A的峰值电流，并指出两种电路结构得到的峰值电流差异的原因在于示波器等效电阻与取样电阻阻值的差异，最后进行了多电容并联的对照实验，得到了电阻不电路不匹配导致电脉冲波形震荡，而且震荡频率会随着电容值增大而降低的结论。
　　本文还将实验结果与以往实验中的一般规律做了对比，指出线性模式下电脉冲波形变化的原因是干扰信号的叠加作用;非线性3kV以上波形出现变化的原因与放点电容储能不足有关。文章最后，对于实验进行总结并提出了改进的建议。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1 光电导开关发展历史

1．2 光电导开关的研究现状

1．2．1 理论研究现状

1．2．2 光电导开关的材料研究现状

1．2．3 光导开关的应用现状

1．3 本论文主要工作内容

2 火花放电触发光电导开关实验相关基础理论

2．1 光电导开关的结构

2．1．1 组成开关的主要部件

2．1．2 横向结构与纵向结构

2．2 半绝缘GaAs性质

2．2．1 半绝缘GaAs物理化学性质

2．2．2 半绝缘Gahs晶体结构

2．2．3 GaAs半导体能带结构

2．3 开关基本工作原理

2．3．1 线性模式

2．3．2 非线性模式

2．4 火花放电基本原理

2．4．1汤森气体放电理论

2．4．2 流注放电理论

2．5 本章小结

3．火花放电辐射光脉冲特性研究

3．1 火花放电辐射光脉冲的时域波形

3．2 火花放电辐射光脉冲的能量及其空间分布

3．3．火花放电辐射光的频谱分布

3．4 对火花放电辐射光的理论分析

3．4．1 放电间隙与辐射光能量强度的关系

3．4．2 频谱分布与气体成分的关系

3．5 本章小结

4．火花放电辐射光触发开关实验

4．1 Auston电路结构触发实验

4．1．1 电路结构

4．1．2 线性模式

4．1．2 非线性模式

4．1．3 实验结果与典型波形的对比

4．1．4 偏压3kV以上波形变化的原因分析

4．2 小电阻取样实验

4．2．1 电路结构

4．2．2 触发结果

4．2．3 实验结果分析

4．2．4 多电容并联实验

4．3 本章小结

5 结论

5．1 本文研究工作总结

5．2 展望

致谢

参考文献