20kV/30Hz GaAs光电导开关的制备及性能研究

摘要

光电导开关具有极其优良的特性，在产生高功率超宽带脉冲领域和超快电子学等领域中都有着极为广阔的应用前景。GaAs光电导开关具有响应速度快、转换效率高、耐高压的能力强等特点，尤其是它除了可以按常规的线性模式工作以外，还可以在一种高增益的非线性模式下工作，这种工作模式可使PCSS导通光能比常规模式降低3-5个数量级，从而使PCSS向小型化，实用化，集成化发展提供了现实的可能性，所以倍受人们的关注。线性工作模式能快速关断，所以器件重复工作频率高、使用寿命长且波形易于控制等。但是线性工作模式没有载流子倍增过程，要想输出高功率需要较大功率的脉冲激光器触发。
　　高倍增工作模式比线性模式所需触发光能低的多，nJ量级的激光脉冲即可触发得到MW量级、亚皮秒上升沿的输出电脉冲。但是高倍增模式下长达微秒量级的锁定现象不仅限制了开关最高重复工作频率，且大大降低了开关的使用寿命。所以就想到了一种新的工作模式——高倍增猝灭模式。在偏压20kV情况下使用波长为1064nm的激光脉冲触发间隙为14mm的砷化镓光电导开关，观察到一种高增益半绝缘砷化镓光电导开关的猝灭模式。虽然触发条件超过锁定阈值条件，但未观察到锁定现象。分析表明，选择小容量的储能电容，可以使砷化镓光电导开关工作于高增益淬灭模式。得到的输出电脉冲的上升时间小于20ns，电脉冲的稳定时间小于5ns，脉冲宽度小于25ns。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 光电导开关的研究与进展

1．1．1 引言

1．1．2 光电导开关的发展历史

1．1．3 光电导开关的应用前景

1．2 本课题研究目标和主要内容

1．2．1 研究目标

1．2．2 研究内容

1．3 本章小结

2 光电导开关的理论分析

2．1 理论分析

2．1．1 线性模式与非线性模式

2．1．2 高倍增工作模式的物理机制

2．1．3 高场下的转移电子效应

2．2 高倍增猝灭行为的实现方法

2．2．1 传输线反射法

2．2．2 双层开关动态分压法

2．2．3 电容残压法

2．3 本章小结

3 开关的方案设计

3．1 开关材料的选择

3．2 开关机械结构的设计

3．2．1 开关形状的设计方案

3．2．2 光电导开关电极间隙

3．2．3 开关电极的设计方案

3．3 开关实验中电脉冲测量方案

3．4 实验激励光源的选择

3．5 本章小结

4 光电导开关的制备及实验分析

4．1 光电导开关的主要参数工艺

4．1．1 开关的参数与制备工艺

4．1．2 开关的绝缘封装

4．2 实验电路的设计

4．3 实验数据及分析

4．3．1 外电路电容值对开关性能的影响

4．3．2 实验结果

4．3．3 实验分析

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 对未来工作的展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文

攻读硕士期间参与课题

攻读硕士期间所获奖励