用1064nm激光脉冲触发半绝缘GaAs光电导开关的奇特光电导现象

报道了用1064nm激光脉冲触发半绝缘GaAs光电导开关的一种奇特光电导现象.GaAs光电导开关的电极间隙为4mm,当偏置电场分别为2.0和6.0kV/cm时,用脉冲能量为0.8mJ,宽度为5ns的激光触发开关,观察到开关输出的线性和非线性工作模式.当偏置电场增至9.5kV/cm,触发光脉冲能量在0.5～1.0mJ范围时,观察到奇特的光电导现象,开关先输出一个线性电脉冲,经过大约20～250ns时间延迟后,触发光脉冲消失,开关又输出一个非线性电脉冲.这一奇特光电导现象的物理机制与半绝缘GaAs中的反位缺陷和吸收机制有关.分析计算了线性与非线性电脉冲之间的延迟时间,结果与实验观察基本吻合.     

微微秒光电子学的进展

利用高电阻半导体中的激光感应光电导率,已产生了与光脉冲同步的微微秒上升时间电脉冲,其应用范围有:光电导开关图1示出光电导开关结构图。这种开关能产生20ps上升时间和10kV以上的电脉冲。它由一块高电阻率的半导体如Si、GaAs、CdS_(0·5)-Se_(0·E)、或GaP组成,半导体两端接有宽带同轴电缆的中心导体。晶体长度一般为几个毫米,可以按所需偏压和重复频率而定。为了使半导体材料光感应到50Ω,所需要的光能量一般为几十微焦耳。电脉冲宽度最终受材料载流子寿命的限制,一般在微微秒至微秒范围内,取决于半导体材料和掺杂浓度。脉冲上升时间大约等于开关激励所用光脉冲的半宽度。如果复     

大功率超快半导体光电导开关的触发瞬态特性

报道了用ns和fs超快脉冲激光器触发GaAs光电导开关的实验结果.用μJ量级的ns光脉冲触发3mm间隙的GaAs光电导开关,观察到线性和非线性工作模式,峰值电流达560A.当用重复率为76MHz的fs激光脉冲串触发同一器件时,电流脉冲上升时间小于200ps     

大功率超快半导体光电导开关的触发瞬态特性

报道了用ns和fs超快脉冲激光器触发GaAs光电导开关的实验结果.用μJ量级的ns光脉冲触发3mm间隙的GaAs光电导开关,观察到线性和非线性工作模式,峰值电流达560A.当用重复率为76MHz的fs激光脉冲串触发同一器件时,电流脉冲上升时间小于200ps.     

特种快速大功率半导体切断开关的研制

介绍了大功率半导体切断开关(SOS)的工作原理和研制结果.面积为0.28 cm2的开关(59只串联)在300 Hz连续工作模式中,切断电流为1.9 kA,电流切断时间为9.56 ns;在1 000 Hz猝发工作模式中,切断电流为1.73 kA,电流切断时间为10.86 ns;在负载为470 Ω的耐压试验中,开关输出的高压窄脉冲的幅值为270 kV,宽度约为10 ns.     

一种新型大电流脉冲调制器件——伪火花开关

介绍了一种新型大电流脉冲调制器件——伪火花开关,它利用介电材料沿面放电进行触发,单间隙导通脉冲大电流。目前这种开关已完成产品化,可以用来调制不低于30kV、50kA的脉冲,电流上升速率高达5×1010 A/s,在负触发电压脉冲作用下,开关的时间跳动小于7ns,寿命高达5×104 C,可直接用于替换氢闸流管以及高气压火花隙。     

基于GaAs光电导开关的超宽带微波源

报道了用飞秒激光脉冲触发GaAs光电导开关产生超短电磁脉冲辐射超宽带电磁波的实验结果,分析了超短电脉冲串经宽带天线的辐射特性.在接收端获得了上升时间200ps、脉冲宽度500ps、重复频率82MHz的超短电脉冲串和经宽带天线辐射的超宽带电磁波波形,其电磁波频谱覆盖4.7MHz～14GHz.     

在超短脉冲作用下Cr掺杂GaAs的光电导性与微微秒光电子开关

利用高阻半导体在超短光脉冲作用下的光电导性可以获得超短电脉冲,这种光电器件的上升时间快,精度高,无抖动,可直接产生数千伏高压,在微微秒技术中有许多重要应用。 本实验中,利用一台被动锁模Nd:YAG激光器,经过单脉冲挑选,放大和倍频得到1.06微米和0.53微米的单个微微秒脉冲,脉冲的能量可以在10~(-7)到10~(-3)焦耳范围内变化,并用一台高灵敏硅光电池探测器来监测每个脉冲的能量,用Cr掺杂高阻GaAs材料做成微微秒光电子开关,用快响应示波器测量开关输出电脉冲的幅度和脉宽。     

用光电导开关产生超宽带电磁辐射的研究

用全固态绝缘结构的横向型半绝缘GaAs光电导开关,在高重复频率飞秒激光脉冲触发下产生超快电脉冲串,经过微带同轴过渡连接至宽带微波天线进行了超宽带电磁辐射和接收的实验,测试了辐射波形及频谱分布,得到了上升时间为200ps、脉宽500ps、重复频率82MHz、辐射频带宽度达6.0GHz以上的电磁波,分析了用光电导开关进行宽带辐射的机理和特性.     

6.5 kV SiC光控晶闸管的研制

基于Sentaurus TCAD软件,研制了一款6.5 kV SiC光控晶闸管.通过优化雪崩击穿模型,对多层外延材料的规格及渐变终端技术进行研究,有效抑制了芯片表面峰值电场,实现了6.5 kV的耐压设计;此外结合实际应用需求,对器件的开通特性进行了仿真模拟.在4英寸(1英寸=2.54 cm)SiC工艺平台制备了6.5 kV SiC光控晶闸管,并对器件性能进行了测试.测试结果显示,芯片击穿电压超过6.5 kV,在4 kV电源电压以及365 nm波长紫外光触发的条件下,器件导通延迟约为200 ns,脉冲峰值电流约为2.1 kA,最大导通电流变化率(di/dt)达到6.3 kA/μs,测试结果与仿真模拟结果基本一致.     

利用光电导开关的光电子相关测量

本文在实验的基础上,提出了光电导开关等效时变电导的新表达式。据此分析了光电导开关在高速脉冲的产生和取样以及在光电子相关测量中的特性。分析的结果与实验基本一致,为将来利用光电子相关方法测量电子器件打下了基础。在实验中采用较为简单的工艺,获得光电导开关的上升时间为100ps。相信,只要增加离子轰击处理,上升时间可望达到10ps。     

用1553nm激光脉冲触发GaAs光电导开关的研究

用1553nm飞秒光纤激光器触发半绝缘GaAs光电导开关的实验表明,当光电导开关处于3.33～10.3kV/cm的直流偏置电场并被脉冲宽度200fs且单脉冲能量0.2nJ的激光脉冲照射时,开关表现为线性工作模式,开关输出峰值电压为0.8mV.分析表明,开关对波长为1553nm触发激光脉冲表现出的弱光电导现象起因于半绝缘GaAs材料EL2深能级的作用.     

新型亚纳秒高功率半导体开关器件

介绍了一种基于半导体内部的等离子体波理论而设计制造的全固态高功率半导体开关器件--快速离化器件(FID),阐述了FID器件的工作机理.采用传统的电力电子器件的制造工艺技术,研制出了新型亚纳秒快速离化器件.FID器件采用无感裸芯片封装技术,寄生参数小.单个FID器件工作电压＞2 kV,导通时间＜1 ns,工作电流高迭10 kA,抖动＜20 ps,di/dt超过100 kA/μs,重复频率400 kHz.具有极易串并联、导通触发脉冲可同步产生、工作特性高度稳定、体积小、重量轻等优点,FID可与DSRD组合应用,当采用MARX电路连接时,可以获得几十千伏以上的高压快速脉冲.FID器件脉冲发生器具有广阔的应用前景.     

基于LTD技术900 kA的Z箍缩驱动器设计

介绍了一种用于丝阵Z箍缩(Z-pinch)内爆实验研究的脉冲放电模块的设计。模块基于直线型变压器驱动器(LTD)技术,包含34个放电支路,通过4个铁基非晶磁芯耦合。每支路由2个40 nF电容器和1只4间隙串联气体开关组成,回路电感为220 nH。设计了水电阻负载检验模块输出性能,在匹配状态下,负载上的输出电流峰值916 kA,上升时间99.8 ns。设计了磁绝缘传输线将输出脉冲传输至Z-pinch丝阵负载,并利用“零维模型”对LTD模块和负载的耦合放电进行了模拟计算。结果显示,丝阵负载上的放电电流峰值可达960 kA,上升时间为114 ns。     

用1553nm激光脉冲触发GaAs光电导开关的研究

用15 5 3nm飞秒光纤激光器触发半绝缘GaAs光电导开关的实验表明,当光电导开关处于3 33～10 3kV/cm的直流偏置电场并被脉冲宽度2 0 0fs且单脉冲能量0 2nJ的激光脉冲照射时,开关表现为线性工作模式,开关输出峰值电压为0 8mV .分析表明,开关对波长为15 5 3nm触发激光脉冲表现出的弱光电导现象起因于半绝缘GaAs材料EL2深能级的作用.     

雪崩模式下的体结构GaAs光导开关

利用能量较低的脉冲激光二极管,在较高场强下触发GaAs光导开关,使其工作于雪崩模式,从而产生纳秒上升前沿的快脉冲电压。GaAs光导开关采用垂直体结构设计,芯片厚度为2 mm,电极形状分别为圆环和圆面,触发光脉冲从圆环穿过。快脉冲产生由同轴Blumlein脉冲形成线完成。对基于GaAs光导开关的同轴Blumlein脉冲线进行了模拟仿真和实验,当充电电压超过8 kV(40 kV/cm)后,开关开始了雪崩工作模式。当充电电压约为15 kV(75 kV/cm)时,在50 Ω负载上获得了约11 kV的脉冲电压,实验波形与仿真波形一致。对开关抖动进行了测试,其测试结果显示开关充电电压对抖动影响很大,随着开关偏压增加,开关抖动减小,开关获得了最小抖动约700 ps。     

微微秒高功率开关及其应用

使用在高电阻率半导体中激光感生光电导以产生与微微秒光脉冲同步的髙功率电脉冲，这一技术已获得了许多新的重要应用。这些应用包括无抖动条纹相机的操作，微微秒时间尺度的主动式脉冲整形，主动式预脉冲抑制，以及最近的微微秒微波脉冲的产生和主动锁模。此外，当前已证实，一种新的光电子开关技术能使灵敏度提高超过纯光电导开关。在这种应用中，激光感生的一万五千电子伏的光电子微微秒脉冲，被用作产生具有微微秒上升时间同步电信号的半导体开关的激励源。本文评述这些应用，包括最新发展并对微微秒光电子开关胜过普通光电子开关的一些优点予以评价。     

100kJ级多路强电脉冲发生装置的同步精度技术研究

本文介绍了＂多路强电（磁）脉冲发生装置＂同步精度研究采用的每路输出＂储能电容＋同轴脉冲大电流火花开关放电＂型高压脉冲形成电路。用同轴电缆作为传输线将工作部件连接起来,以脉冲气体激光器作为终端负载（或其他负载,如磁脉冲线圈、电水锤等）组成多路相互隔离的强电脉冲充放电路,设计采用＂多路高压纳秒脉冲发生器装置＂进行同步精度触发,使高功率气体激光器的放电系统同时获得多路同步输出的高强电脉冲能量进行激励放电。同步精度装置的实验研究结果表明,多路同步导通强电脉冲能量已超出100kJ级,多路触发脉冲同步精度〈10ns,可为脉冲气体激光器提供更加超强激励触发能量获得高功率激光。     

高重频可调小型高功率半导体激光电源研究

为了获得高功率、高重频半导体激光脉冲,设计了一种体积小、重量轻、造价低的纳米级大功率半导体激光器驱动电源。采用改进的单稳态触发器产生窄脉冲,经放大后驱动快速开关MOSFET获得大电流窄脉冲;电源脉冲电流驱动能力0A～80A,脉冲上升时间2.8ns,下降时间3.8ns,脉冲宽度5ns～500ns范围内可调,最小5.2ns,重复频率可达200kHz。用该电源实验测试了激光波长为905nm的半导体激光器,在重复频率为10kHz时,激光脉冲峰值功率达到70W以上。结果表明,采用窄脉冲驱动MOSFET可以得到高重复频率10ns以内的大电流窄脉冲,可以驱动大功率半导体激光器,若驱动100A以上的激光器需进一步研究。     

脉冲气体激光器用固态高压开关的研制

实验研制了基于磁脉冲压缩系统的脉冲气体激光器用固态高压开关,实验中通过调节复位电流大小,负载电阻大小等相关参数实现了磁压缩开关输出效率达到最大值。经两级磁开关压缩后脉宽约压缩为原来的5%。压缩后脉冲上升时间约为180 ns,幅值约为16 kV。其中第一级磁压缩效率为89.2%,第二级磁压缩效率达到97.7%,总的压缩效率达到87.2%。接激光器后测得输出激光脉冲能量约为20 mJ,输出激光脉冲半高宽约为85 ns。