体结构GaAs光导开关实验研究

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介质壁加速器用GaAs光导开关的通态电阻测量

第11卷第6期太赫兹科学与电子信息学报Vo1．11，No．6 2013年12月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Dec．，2013 文章编号：2095-4980(2013)06-0867-04介质壁加速器用GaAs光导开关的通态电阻测量谌怡a,b，刘毅a,b，王卫a,b，夏连胜a,b，张篁a,b，石金水a,b，章林文a,b (中国工程物理研究院 a.流体物理研究所；b.脉冲功率科学与技术重点实验室，四川绵阳 621999)摘要：GaAs光导开关可作为紧凑型脉冲功率系统的主要器件，如光导开关在介质壁加速器中的应用。

为了研究通态电阻对开关性能的影响，采用平板传输线和同轴电缆作为脉冲形成线，测量了3 mm电极间隙的GaAs光导开关的通态电阻。

测量结果表明：电极间隙为3 mm的GaAs光导开关的通态电阻为14.9Ω，光导开关通态电阻的存在将导致开关热损伤，降低脉冲功率系统的电压输出能力，缩短GaAs光导开关的使用寿命。

关键词：GaAs光导开关；平板传输线；同轴电缆；通态电阻；热损伤中图分类号：TN78 文献标识码：A doi：10.11805/TKYDA201306.0867Measurement of on-resistance of GaAs photoconductive semiconductor switchin Dielectric Wall AcceleratorSHEN Yi a,b，LIU Yi a,b，WANG Wei a,b，XIA Lian-sheng a,b，ZHANG Huang a,b，SHI Jin-shui a,b，ZHANG Lin-wen a,b(a.Institute of Fluid Physics；b.Key Laboratory of Pulsed Power，China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621999，China)Abstract：GaAs Photoconductive Semiconductor Switch(PCSS) can be the main element in compact pulse power system, especially in Dielectric Wall Accelerator(DWA). The on-resistance of 3 mm gap GaAsPCSS is measured by using planar transmission line and coaxial-cable in order to study the effect of switchon-resistance on the switch performance. The results show that the measured on-resistance of GaAs switchis 14.9Ω. The on-resistance of PCSS will cause the thermal damage to the switch, reduce the outputcapability of pulsed power system, and shorten the life time of GaAs PCSS as well.Key words：GaAs Photoconductive Semiconductor Switch；planar transmission line；coaxial-cable；on-resistance；thermal damage1972年，S. Jayaraman和C. H. Lee等人用ps量级的激光脉冲照射光电半导体材料时，观察到其响应时间也为ps量级，这一发现奠定了光导开关发展的实验基础[1]。

GaAs光电特性的研究报告

GaAs的光电特性及GaAs太阳能电池研究报告成都信息工程学院材料性能学作业材料物理092班游富摘要：（1）砷化镓是一种重要的半导体材料。

属Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体。

化学式GaAs，分子量144.63，属闪锌矿型晶格结构，晶格常数5.65×10-10m，熔点1237℃，禁带宽度1.4电子伏。

砷化镓于1964年进入实用阶段。

砷化镓可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料,用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等。

由于其电子迁移率比硅大5～6倍，故在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用。

用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。

此外，还可以用于制作转移器件──体效应器件。

砷化镓是半导体材料中,兼具多方面优点的材料,但用它制作的晶体三极管的放大倍数小，导热性差，不适宜制作大功率器件。

虽然砷化镓具有优越的性能，但由于它在高温下分解，故要生长理想化学配比的高纯的单晶材料，技术上要求比较高。

（2）光电效应是指在光照照射后释放电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。

光电效应是光与材料的核外电子之间的相互作用。

只有当入射光的频率高于材料的极限频率时，材料才会发射光电子，产生光电子。

光电效应是瞬时效应，一经光线照射，立刻产生光电子。

（3）GaAs光电阴极在进行Cs2O激活前,激活层表面必须达到原子级洁净。

最常用且最有效的洁净方法是高温热清洗法。

然而,在热清洗过程中对处在真空系统中的光电阴极表面温度进行精确测量却是非常困难的。

本文采用四极质谱仪对GaAs光电阴极激活前的热清洗过程进行分析,确定了最佳的热清洗温度及热清洗工艺,较好地解决了GaAs光电阴极激活前的热清洗工艺问题。

（4）在众多的半导体材料中，砷化镓(GaAs)有较高的光吸收系数，其能带可以与太阳光谱有很好的匹配，且耐辐照性能强，工作温度范围宽，很适合制作太阳电池空间电源。

单结砷化镓(GaAs)太阳电池只能吸收特定光谱范围的太阳光，其转换效率不高。

大功率GaAs光导开关寿命实验研究

退火工艺以形成欧姆接触。Ｇａ材料由于其中的碳（杂质被深能级施主Ｅ２补偿而具有半绝缘特性。其Ａｓｃ）Ｌ
中Ｃ能级位于价带以上００９ｅ处，Ｌ．１ＶＥ２能级位于导带以下０８Ｖ处。Ｅ２施主的数密度为１６０．３ｅＬ． ×１ｅｍ～，流子迁移率约为６００ｃ（・）载０ｍ／Ｖｓ。制作好的芯片固定在陶瓷基板上。测试电路如图２所示，用两组１６Ｆ电容器储能。高压直流电源通过水电阻对两组电容正负充电。采．５ｎ光导开关连接在电容器高压端之间，当电容器充电使开关两侧电压达到２Ｖ时，用波长１０４ｎ６ｍＪ能Ｏｋ使６ｍ，量、高宽５ｎ半ｓ的激光脉冲触发光导开关。使用Ｐａｓｎ标准电流线圈测量光导开关的导通电流，ｅｒｏ其灵敏度为００５Ｖ／．０Ａ。改变激光脉冲的重复频率，测试不同重复频率时的光导开关寿命。
工作电压５Ｖ、０ｋ工作电流１１ｋ的Ｇａ光导开关［为光导开关的大功率应用奠定了基础。除了功率因．ＡＡｓ１，素外，光导开关的应用还受到开关寿命的限制，尤其是开关寿命在大功率工作条件下会急剧降低。本文在相缘ＧＡｓａ光导开关，关芯片采用标准半导体工艺制作并封装开
在陶瓷基板上。测试了光导开关在２Ｖ工作电压、Ａ工作电流时，同重复频率工作的开关寿命，果表Ｏｋ１ｋ不结

GaAs光导开关超短电脉冲响应特性的研究

维普资讯
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西安理工大学学报Ｊｕｎｌｆｉａｉｅｓｙｏｅｈｏｏｙ２Ｏ）Ｖ１２．ｏｒａｏ ’ ｎＵｎｖｒｉｆｃｎ１（Ｏ７ｏ．３Ｎｏ３ＸｔＴｇ
文章编号：１０ —７０２０）３０３—４０６４１（０７０ —２６０
行了测试，并对所测试的实验结果进行理论分析。分别给出了在偏置电压和触发光能一定的条件
下，短电脉冲响应特性的变化规律；出影响超短电脉冲响应特性的主要原因是由于缺陷能级的超指
俘获作用，共面微带ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 输线对超短电脉冲波形不产生明显的影响。
ＤＡＩＨｉｙｎ．ＭＡ — ｉｇｕ— ｉｇＤｅｍｎ。ＳＨＩＷｅｉ
（．ａｕｔｆＳｉｎｅ， ’ ｎＵｎｖｒｉｆＴｅｈｏｏｙＸｉａ１０８，ｉａ１ＦｃｌｙｏｃｅｃｓＸｉａｉｅｓｔｏｃｎｌｇ， ’ ｎ７０４Ｃｈｎ；ｙ２ＦａｕｔｆＳｉｎｅ，ｒＦｒｅＥｎｉｅｒｇＵｎｖｒｉｙ．ｃｌｙＯｃｅｃｓＡｉｏｃｇｎｅｉｉｅｓｔ，Ｘｉａ１０１Ｃｈｎ）ｎｎ７０５，ｉａ
ｗａｅｏｒｓｖｆｍ．
』ｆ，
Ｋｅｒ：ｐｈｏｏｎｃｉｅｓｔｈｅｙｗｏｄｓｏｔｃｄｕｔｖｗｉｃｓ；ｒｓｏｎｅｐｒｐｒｙ；ｄｅｅｔｅｒｅｌｅｐｓｏｅｔｆｃｎｅｇｙｌｖｅ

GaAs光导开关耐压试验研究

穿电压都在１Ｖ左右，２ｋ这为试验前评价光导开关的耐压性提供了参考依据。采用不同方式对光导开关
进行了绝缘保护，并结合介质击穿理论对试验结果进行了分析，结果表明：绝缘保护可以有效提高耐压特
性，缘强度达４ｋ／ｍ。绝Ｖｍ
关键词：光导开关；ＧＡ开关；ａｓ击穿电压；绝缘电阻
ｐｏｃｎｕｔｅｓｍｉｎｕｔｒｗｔ（ＣＳ．ｈｏａｉｎｂｔｅｎｓｔｎｕａｏｅｉａｃ，ａｋｃｒｎｈｔｏｄｃｖｃｄｃｉｈＰＳ）Ｔｅｃｍｐｒｏｅｅｔｉｉｓｌｔｎｒｓｎｅｄｒ・ｒｔｏｉｅｏｏｓｃｓｗａｃｉｓｔｕｅ
２４
传感器与微系统（ｒｎｄｃｒｎｃｏｙｔｍＴｃｎｌｉ）ＴａｓｕｅｄＭｉｓｓｅｈ７２期
Ｇａｓ导开关耐压试验研究Ａ光
刘娟，时世泰，李寅鑫，戴文明
（中国工程物理研究院电子工程研究所，ｌＩ绵阳６１０ＩＩ￣Ｊ２９０）摘要：对设计制作的３ｍ间隙共面型ＧＡ光导开关进行了耐压试验研究。试验中比较了光导开关的ｍａｓ静态绝缘电阻、暗电流和击穿电压之间的关系，发现在１Ｖ时暗电流不高于３ｋＡ的光导开关在试验中击
ＡｂｔａｔＴｅｗｔｓａｄｏｔｇｘｅｍｅｔｒｏｅｉａｒｃｔｄ３ｓｒｃ：ｈｉｔｎｖｌｅｅｐｒｎｓｅｄｎｗｔｆｂａｅｍｍｇｐｏｌｎｒｌｃｒｄｓＧａｈａｉａｈｉａｃｐａａｅｅｔｏｅＡｓ

GaAs光导开关损伤机理研究

GaAs光导开关损伤机理研究孙飞翔;何晓雄;常润发;奚野【摘要】光导开关(photoconductive semiconductor switches,PCSS)的损伤分为热击穿和电击穿,2种击穿的原因都由开关基底材料陷阱特性决定,因此对芯片击穿机理与开关制作工艺关系的研究非常重要.文章依据开关芯片的材料特性和半导体工艺知识,研究和分析了光导开关的击穿机理以及开关击穿可能存在的工艺问题.%The injuring mechanism of photoconductive semiconductor switches(PCSS) is divided into thermal breakdown and electric breakdown.The reason of two kinds of breakdown is determined by the characteristics of the deep level trap of the switch materials.Therefore, the research on the relationship between the chip breakdown mechanism and the production process of the switch is very important.According to the material characteristics of the switch chip and the knowledge of semiconductor technology, the breakdown mechanism of PCSS and the possible problems in the process of switching breakdown are analyzed in this paper.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(040)004【总页数】5页(P497-501)【关键词】光导开关(PCSS);热击穿;电击穿;电子俘获效应;转移电子效应【作者】孙飞翔;何晓雄;常润发;奚野【作者单位】合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥230009;合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥230009;合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥230009;合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TN305.8光导开关(photoconductive semiconductor switches,PCSS)具有极快的响应速度(响应时间为ps量级)、极小的触发抖动(ps量级)、极大的功率容量(MW量级)、极好的同步精度(ps量级)、较高的耐压能力(100 kV量级)、较小的器件体积以及光电隔离且不受电磁干扰,这些超快电子学领域的优良特性使得PCSS在超宽带电磁波产生领域、微波领域、超快电子学领域以及军事技术方面有着极其广泛的应用[1]。

高压GaAs亚纳秒光电导开关的实验研究

ＡｂｔａｔＩｈｉａｅ，ｅｅｉｅｓｏｅｉｉｕａｉａｈｏｏｕｃｉｅｓｍｉｏｕｃｏｗｉｃｔｉｇｅｅｂｙｓｒｃ：ｎｔｓｐｐｒｘｐｒｍｎｔｆａｓｍ —ｎｓｌｔｎｇＧＡｓｐｏｔｃｎｄｔｖｅｃｎｄｔｒｓｔｈｒｇｒｄ
ｔＡｓｓｔｈｅｂｓｒｅｈｅＧａｗｉｃｓｉｏｅｖｄ．Ｔｈｉａｕｒｎｔｗａｅａｋ— ｎｃｒｅａｅａｅｏａｎｅｗｈｎｈｗｉｃｓｂａｅｓｅｌｒｃｒｅｖｎｄｌｎｅｃｏｏｕｒｎｔｗｖｒｂｔｉｄｅｔｅｓｔｈｗａｉｓｄｕｅｈｏｔｇｅｏ００Ｖｎｔｉｇｒｄｗｉｈ８ｎｄｒｔｅｖｌａｆ２５ａｄｒｇｅｅｔａｄ４８ｌｓｒｐｓｎａｅｕｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｓ：ｏｔｏｄｐｈｏｃｎｄｕｔｖｗｉｃｐｓａｅ；ｌｗｅｅｈｏｌｇｃｉｅｓｔｈ；ｕｌｅｌｓｒｐｕｓｐｅｏｒｔｃｎｏｙ
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第３６卷第４期
２００２年８月
电力电子技术
ＰｏｗｅｅｔｏｎｉｓｔＥｌｃｒｃ
Ｖｏ１３Ｎｏ．．６，４
Ａｕｓ。００ｇｕｔ２２
高压ＧＡ亚纳秒光电导开关的实验研究ａｓ
李琦，施卫
（安理工大学，西安西７０４）１０８
摘要：道了用全固态绝缘结构研制的半绝缘ＧＡ光电导开关产生高压亚纳秒电脉冲的性能和测试结果。报ａｓ分别用ｎ、ｓ光脉冲触发开关的测试表明，关的暗态维持电场达３ｋ／ｍ，出电流脉冲上升时间约５０ｓ达ｓｐ激开５Ｖｃ输０ｐ，亚纳秒量级。测量了高倍增开关的光电阈值曲线，最小触发电场阈值 ≥ ４１Ｖ／ｍ。开关输出电磁脉冲无晃动。其．ｋｃ３ｍｍ电极间隙开关２０Ｖ偏置下，射光能量为８时获得线性波形，４时获得Ｌｃ．ｎ波形。５０入在８ｏｋｏ关键词：电开关；冲激光器／冲功率技术光脉脉中图分类号：２１ＴＮ０文献标识码：Ａ文章编号：００—１０２０）４—０７１００Ｘ（０２０００一Ｏ３

GaAs光电导开关非线性锁定效应的机理研究

ａｄｒｄａｉｅｒｃｍｂｎａｉｎｅｆｃｆｈｏｅｅｔｏｓｉｈｅｕｔａｉｈｅｅｔｃｆｅｄｉｔｒａｎｏｔｅｄｏｎａｉｔｅｏｉｔｏｆｅｔｏｔ— ｃｒｎｎｔｌｒｈｇｌｃｒｌｎｅｎｌａｄｆｎ — ｎｆｖｌｉｉｒ
ｌｃｒｎｎｄｔｅｎｔｅｏａｒｅｓ・ｔｉｅｉｔｒｃｉｎｉｈｅ・ｎｕａｉｇＧａｈｔｃｎｕｔｅｓｔｈｓｅｔｏｓａｈａｕｒｆｃｒｉｒ－ａｔｃｎｅａｔｏｎｔｅｓｍｉｉｓｌｔｎＡｓｐｏｏｏｄｃｉｗｉｅｌ－ｖｃｗｉｈａｔａｉｈｅｅｔｉｅｄｓｄｉｃｓＩｔｎｕｌｈｇｌｃｒｃｆｌｓｉｓｕｓｄ：ａｈｒｃｓｅｆｐｏｕｉｇａｄｇｏｈａｄａｈｅｅｔ — ｒｉｅｎｄｔｅｐｏｅｓｓｏｒｄｃｎｎｒｗｔｎｃｉｖｄｓａ
丝状电流。
关键词：光电导开关；锁定效应；光激发单极电荷畴；非平衡载流子中图分类号：Ｎ５Ｔ２６文献标志码：Ａ
Ｌｏｋ．ｎＭｅｈｎｓｎＮｏｌｎａｏｆＰｈｔｃｎｄｔｖｃｏｃａｉｍｉｎｉｅｒＭｄｅｏｏｏｏｕｃｉｅＳｗｉｃｓｔｈｅ
Ａｂｔａｔｃｏｄｎｏｐｏｏａｔａｅｈｒｅｄｍａｎｍｏｅ，ｔｅｔｎｉｎｒｎｐｒｐｏｅｓｓｏｏ — ｓｒｃ：Ａｃｒｉｇｔｈｔ — ｃｉｔｄｃａｇｏｉｄｌｈｒｓｅｔｔｓｏｔｒｃｓｅｆｈｔｅｖａａ

高增益砷化镓光导开关中的光致电离效应

高增益砷化镓光导开关中的光致电离效应高增益砷化镓光导开关是一种利用光致电离效应进行光信号开关控制的器件。

光致电离效应是指当光照射到物质上时，光子能量被吸收后，物质中的电子从束缚态跃迁到导带态，从而使物质发生电离现象。

利用光致电离效应，可以实现对光信号的调制和控制，从而实现光学通信、光学计算和光学信息处理等应用。

砷化镓（GaAs）是一种常用的半导体材料，具有较高的光致电离效应。

在砷化镓光导开关中，砷化镓材料被加工成光导波导结构，通过改变光导波导中的载流子浓度，可以实现光信号的开关控制。

当光照射到光导波导中时，光子能量被吸收，产生载流子对。

这些载流子对会引起光导波导中的载流子浓度发生变化，从而改变光导波导的折射率。

通过调节光导波导的折射率，可以实现对光信号的调制和控制。

在高增益砷化镓光导开关中，为了增强光致电离效应，通常会通过增加光导波导的长度、增加光束的光强或者使用多量子阱结构来提高光致电离效应的强度。

同时，还可以利用外加电场来调节光导波导中的载流子浓度，从而实现更精确的光信号开关控制。

高增益砷化镓光导开关具有很多优点。

首先，砷化镓材料具有较高的光致电离效应，可以实现较高的光信号开关控制效果。

其次，砷化镓材料在可见光和红外光范围内具有较好的透明性，可以实现在较宽的光波段内进行光信号调制和控制。

此外，砷化镓材料具有较高的载流子迁移率和较短的载流子寿命，可以实现较快的光信号开关响应速度。

高增益砷化镓光导开关在光学通信和光学计算领域具有广泛的应用。

在光学通信中，光导波导开关可以用于实现光信号的调制和开关控制，从而实现光纤通信的信号传输和调制控制。

在光学计算中，光导波导开关可以用于实现光信号的开关和调制，从而实现光学计算的逻辑运算和数据处理。

此外，高增益砷化镓光导开关还可以应用于光学传感器、光学成像和光学信息处理等领域。

高增益砷化镓光导开关利用光致电离效应实现光信号的开关控制，具有较高的光致电离效应、较宽的光波段透明性、较快的响应速度等优点，在光学通信和光学计算等领域具有广泛的应用前景。

高功率GaAs光电导开关实验研究(修改稿)

论文第卷第期年月高功率、长寿命GaAs 光电导开关*杨宏春崔海娟孙云卿曾刚吴明和(电子科技大学物理电子学院成都 610054 *联系人，E-m ail:yhc690227@ )摘要通过改进GaAs 光导开关衬底材料研制工艺、机械结构设计、欧姆电极研制工艺、绝缘封装工艺和脉冲电源馈电方式，研制了3mm 异面电极的GaAs 光导开关。

在56.12μJ 光能激励、1kHz 重频、15kV 偏压、50Ω负载实验条件下，测得光导开关使用寿命超过 3.6⨯106次，输出电脉冲峰值功率2MW 、脉冲宽度2ns 、触发抖动方均根值为65ps ；最高工作电场达到100kV/cm ，对应峰值功率达到10MW ；实验还给出了光导开关电压转换效率、触发抖动随偏压升高的测试结果；考虑GaAs 对1064nm 光吸收系数随电场的变化，定量分析了光导开关电压转换效率随偏压的变化实验现象。

关键词光导开关，高功率，长寿命，触发抖动*2008-05-14收稿基金项目：高效率传播瞬态电磁脉冲技术研究(RY0405),国家重点实验室基金资助项目(Y AK200501)1 引言自1975年D.H.Auston 发明光电导半导体光导开关 (Photoconductive Semiconductor Switches 简称光导开关或PCSS)以来[1]，由于光导开关具有功率密度高(MW 量级)、响应速度快(ps 量级)、触发抖动低(ps 量级)、抗电磁干扰能力强(良好的光电隔离)、体积小、易集成等优点[2-4]，使之在大电流点火装置、拒止武器和高功率微波系统[5-6]，精密时间同步、THz 技术、瞬态测试[7-10]，冲激雷达、电磁干扰与攻击系统等领域有广泛的应用前景[11-12]。

近年来，利用光导开关产生高峰值功率、窄脉冲、低触发抖动、较高重频的电脉冲的优点，使得研制体积小、重量轻，具有低截获概率、高分辨率、强的抗电磁干扰和反隐身能力，集中近距离电磁干扰与中远距离目标探测于一体的光控阵列有源超宽带雷达成为可能，上世纪90年代以来，各国都把这类光导开关实验研究作为热点课题，并取得重要进展[13-15]，但我国在该方向关键技术研究方面的相关报道还不多见。

GaAs光电特性的研究报告

GaAs的光电特性及GaAs太阳能电池研究报告成都信息工程学院材料性能学作业材料物理092班游富摘要：（1）砷化镓是一种重要的半导体材料。

属Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体。

化学式GaAs，分子量144.63，属闪锌矿型晶格结构，晶格常数5.65×10-10m，熔点1237℃，禁带宽度1.4电子伏。

砷化镓于1964年进入实用阶段。

砷化镓可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料,用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等。

由于其电子迁移率比硅大5～6倍，故在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用。

用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。

此外，还可以用于制作转移器件──体效应器件。

砷化镓是半导体材料中,兼具多方面优点的材料,但用它制作的晶体三极管的放大倍数小，导热性差，不适宜制作大功率器件。

虽然砷化镓具有优越的性能，但由于它在高温下分解，故要生长理想化学配比的高纯的单晶材料，技术上要求比较高。

（2）光电效应是指在光照照射后释放电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。

光电效应是光与材料的核外电子之间的相互作用。

只有当入射光的频率高于材料的极限频率时，材料才会发射光电子，产生光电子。

光电效应是瞬时效应，一经光线照射，立刻产生光电子。

（3）GaAs光电阴极在进行Cs2O激活前,激活层表面必须达到原子级洁净。

最常用且最有效的洁净方法是高温热清洗法。

然而,在热清洗过程中对处在真空系统中的光电阴极表面温度进行精确测量却是非常困难的。

单结砷化镓(GaAs)太阳电池只能吸收特定光谱范围的太阳光，其转换效率不高。

GaAs光导开关瞬态特性实验研究

ＡｂｔａｔＴｅｍａｈｎｎｒｃｓｆＰｏｏｏｄｃｉｅｓｍｉｏｄｃｏｗｔｈｓｈｅｉｎｏｓｉｇｃｒｕｔａｅｉｔｏｓｒｃ：ｈｃｉｉｇｐｏｅｓｏｈｔｃｎｕｔｅｃｎｕｔｒｓｉｅ，ｔｅｄｓｇｆｔｔｉｉｒｎｒ－ｖｃｅｎｃｄｃｄｉｈｓｐｐｒｒｇｒｄｂａｏｓｃｎｎｉｏｓｃｎｓｒｐｌｅ，ｅｅｐｒｎａｅｕｔｗｉｅＰＳｕｅｎｔｉａｅ．Ｔｇｅｅｙｎｎ・ｅｏｄａｄｐｃ・ｅｏｄｌｅｕｓｔｘｅｍｅｔｌｓ，ｈｌｔＣＳｉａｈｉｒｌｅｈｗｒｓａｉｅｒｍｏｅ，ｉｒｐｒｄｏｋｔｌａｄｌｓｅｏｔ．ＢｅｎｔｅｅｐｒｎａｅｕｔｉｉｇａｓｌｎｙｉｂｕＣＳＳｉｓａ・ｎｅｓａｄｏｘｅｉｈｍｅｔｌｒｓ，ｇｖｎｉｅａａｓｓａｏｔＳ ’ ｎｔｎｌｍｐｌＰ
ＧａｈｔｃｎｕｔｅｓｍｉｏｄｃｏｗｉｈｓＡｓｐｏｏｏｄｃｉｅｃｎｕｔｒｓｔｅｖｃ
ＺＥＮＧｎＧａｇ，ＹＡＮＧｎ —ｃｕＨｏｇｈｎ，ＷＵｉｇｅＭｎ —ｈ
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GaAs光导开关的线性及非线性特性研究

GaAs光导开关的线性及非线性特性研究GaAs光导开关的线性及非线性特性研究引言：在现代通信和光电子技术领域中，光导开关作为一种重要的器件，广泛应用于光通信、光传感、光计算等领域。

光导开关具有高速切换、低损耗、大容量传输等特点，能够实现快速、准确的信息传输。

其中，GaAs材料被广泛研究和应用于光导开关中，因其具有较高的光电转换效率以及优异的电学和光学性能。

本文将围绕GaAs光导开关的线性和非线性特性展开研究，探讨其机理和应用前景。

一、GaAs光导开关的线性特性研究光导开关的线性特性是指在较低光功率范围内，光导开关对信号的线性响应能力。

针对GaAs光导开关的线性特性研究，主要集中在其在光学开关、光电放大和光电变换等方面的应用。

例如，利用GaAs光导开关的线性特性，可以实现对光信号的调制、调频等操作，进而以快速、可靠的方式传递和处理信息。

1.1 光学开关领域光学开关是指利用光信号代替电信号进行开闭操作的器件。

GaAs光导开关具有较高的响应速度和低损耗特性，因此在光学开关领域有广泛的应用。

通过对GaAs光导开关的线性特性研究，可以提高其响应速度和信号传输效果，进而实现高速、稳定的光学开关系统。

此外，利用GaAs光导开关的线性特性，还可以实现光信号的多路复用和解复用操作，从而提高传输带宽和数据处理速度。

1.2 光电放大和光电变换领域光电放大和光电变换是利用光信号转换为电信号的一种技术。

GaAs光导开关在光电放大和光电变换领域发挥着重要作用。

通过对GaAs光导开关的线性特性研究，可以提高光电转换效率和信号质量，进而实现信息的准确和稳定传输。

同时，利用GaAs光导开关的线性特性，还可以实现光信号的调制和调幅操作，从而改善信号的强度和传输效果。

二、GaAs光导开关的非线性特性研究与线性特性不同，GaAs光导开关的非线性特性主要研究其在高光功率范围内的应用。

非线性特性是指光导开关在高光功率下，产生非线性响应的能力。

雪崩模式下的体结构GaAs光导开关

第14卷第3期太赫兹科学与电子信息学报Vo1．14，No．3 2016年6月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Jun．，2016 文章编号：2095-4980(2016)03-0340-04雪崩模式下的体结构GaAs光导开关吴朝阳a，范昭奇a，陆巍a，杨周炳a，罗剑波b(中国工程物理研究院 a.应用电子学研究所高功率微波技术重点实验室；b.电子工程研究所，四川绵阳 621999)摘要：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2mm，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8kV(40kV/cm)后，开关开始了雪崩工作模式。

当充电电压约为15kV(75kV/cm)时，在50Ω负载上获得了约11kV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700ps。

关键词：砷化镓；光导开关；雪崩；半导体二极管中图分类号：TN365；TM836文献标识码：A doi：10.11805/TKYDA201603.0340GaAs bulk PCSS under avalanche modeWU Zhaoyang a，FAN Zhaoqi a，LU Wei a，YANG Zhoubing a，LUO Jianbo b(a.Science and Technology on High Power Microwave Laboratory，Institute of Applied Electronics；b.Institute of Electronic Engineering，China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621999，China)Abstract：By using laser diode with low energy to trigger GaAs Photoconductive Semiconductor Switch (PCSS) at high bias voltage, which makes GaAs PCSS working under avalanche mode, fast pulse voltage isproduced. GaAs PCSS is designed as vertical bulk structure with 2mm thickness. The electrodes are of roundand doughnut configuration and the trigger light passes through the center of doughnut electrode. The fastpulse is achieved by coaxial Blumlein pulse form line. The simulation and experiment of coaxial Blumleinpulse form line based on GaAs PCSS is executed. When charge voltage exceeds 8kV(40kV/cm), the outputvoltage impulse increases rapidly and the rise time is shorter than that of laser impulse, which indicates PCSSturns into avalanche mode. When bias voltage is up to 15kV(75kV/cm), 11kV voltage pulse is obtainedunder 50Ω of load, which accords well with the simulation result. The switch jitter is tested, and the resultsshow that the switch bias voltage has great influence on the switch jitter. As the switch bias voltage increases,the switch jitter decreases. When the bias voltage reaches 15kV, the lowest jitter of 700ps is obtained.Key words：GaAs；Photoconductive Semiconductor Switch；avalanche；semiconductor diode光导开关(PCSS)是基于半导体材料光电效应原理，使材料从初始的绝缘状态转变到高电导状态的一种新型开关器件。

半绝缘GaAs光电导开关体内热电子的光电导振荡特性

半绝缘G aAs 光电导开关体内热电子的光电导振荡特性3施　卫1)　薛　红1)2)　马湘蓉1)1)(西安理工大学应用物理系,西安　710048)2)(渭南师范学院物理与电子工程系,渭南　714000)(2009年3月2日收到;2009年4月27日收到修改稿) 用波长为532nm 、脉冲宽度为5ns 的超短激光脉冲触发电极间隙为4mm 的半绝缘G aAs 光电导开关,开关偏置电压从500V 开始以步长50V 逐渐增加,直到开关出现非线性电脉冲输出.研究表明,线性和非线性电脉冲波形均呈现出在经历一个主脉冲之后,其后跟随几个幅值较小且具有周期性和不同程度的减幅振荡.分析了开关体内载流子(热电子)的微观状态和输运过程,在直流偏置电场作用下,开关体内的热电子在电子2电子、电子2声子相互作用过程中,当它们的弛豫时间大于载流子的寿命时,光电子的输运可通过迁移率变化引起光电导振荡,这是开关输出电脉冲出现振荡的原因.关键词:光电导开关,热电子,弛豫,光电导振荡PACC :7220H ,7240,7220J3国家重点基础研究发展计划(批准号:2007C B310406)、国家自然科学基金(批准号:50837005,10876026)、陕西省教育厅专项科研基金(批准号:09J K 431)和渭南师范学院科研基金(批准号:08YK F022,09YK Z 021)资助的课题. E 2mail :swshi @11引言半导体光电导开关(ph otoconductive sem iconductorswitches ,PCSS )是利用超快脉冲激光器与光电导体(如Si ,G aAs ,InP 等)相结合形成的一类新型器件[1].近10年来,PCSS 是发展比较迅速的一种光电子器件[2—9].作为一种光敏器件,光电导开关是通过光生载流子对材料的电阻率控制来实现器件功能的,器件在不同的激励光控制作用以及在不同的偏置电场条件下,表现出线性与非线性两种导通工作模式.在小于315kV Πcm 的低电场作用下,PCSS 工作于线性模式,即每个入射光子产生一对电子2空穴对,电流脉冲形状与触发光脉冲形状相同,其光生载流子复合随时间呈指数变化,光脉冲过后,开关电阻立即恢复.在超过一定阈值的高偏置电压情况下,光电导开关工作于非线性模式,即光电导开关材料每吸收一个光子,产生一对电子2空穴对,这些光生电子2空穴对在“类雪崩”复杂机制作用下获得了巨大的倍增,形成比光生载流子数高几个数量级的载流子数目,从而产生很大的电脉冲输出,并且在光脉冲熄灭后,开关并不立即恢复到光照前的高阻状态,而是仍然保持导通状态,此时,开关内的平均电场保持在一个与初始偏置电压以及入射光能量均无关的固定数值上,即发生了电场的锁定(lock 2on )现象.通常认为,上述两种工作模式不相关联.非线性工作模式是G aAs ,InP 等Ⅲ2Ⅴ族化合物半导体光电导开关特有的现象,并且锁定电场强度与外电路所加的偏置电压无关,与触发光能量也无关,只与光电导开关本身材料有关.在有关G aAs 的PCSS 实验中,相继报道了有关PCSS 的一些独特的工作模式,如混合模式、临界模式、超线性模式等非线性工作模式[3,4].本文在采用532nm 激光脉冲触发横向型半绝缘G aAs 光电导开关的实验中,观察到了在保证满足一定的光能和电场阈值的条件下,开关在线性和非线性工作状态下的电脉冲波形均呈现出在达到峰值后具有不同程度的小幅周期性振荡现象.根据量子理论的光与物质相互作用规律,从半导体结构微观状态的过程出发,对实验结果进行详细分析后认为,振荡现象发生在第58卷第12期2009年12月100023290Π2009Π58(12)Π8554206物　理　学　报ACT A PHY SIC A SI NIC AV ol.58,N o.12,December ,2009ν2009Chin.Phys.S oc.开关导通工作的状态下,其原因主要来自于体内自由载流子的行为.在偏置电场作用下光生载流子将获得较高的能量,使光电子成为远离导带底的热电子,并在体内产生主要由热电子效应引起的光电导振荡,从而引起输出电脉冲信号的部分振荡现象.图2　不同偏置电压下波长为532nm ,单脉冲能量为015m J 的激光脉冲触发4mm 间隙SI 2G aAs 开关输出电脉冲　(a )2500V ,(b )3000V图1　G aAs 光电导开关结构示意图和测试线路图　(a )结构示意图,(b )测试电路简图21实验装置与结果实验所用的半绝缘G aAs (SI 2G aAs )PCSS 为横向结构,如图1所示.材料中载流子浓度n ≈1014cm -3,暗态电阻率ρ>5×107Ωcm ,电子迁移率μ>5500cm 2Π(Vs ).开关芯片厚度为016mm ,两电极间隙为410mm ,G aAs PCSS 的最小触发电场阈值为411kV Πcm ,本征击穿强度为250kV Πcm.用Nd :Y AG超短脉冲激光照射芯片来触发开关导通,激光脉冲宽度为5ns ,波长为532nm ,其光能可在微焦到毫焦范围内变化.触发光能量为015和110m J 两种,偏置电压分别从500V 开始以步长50V 逐渐增加,直到出现非线性电脉冲.图2为用015m J 光脉冲能量触发4mm 间隙光电导开关,开关输出两种工作模式的电脉冲.图2(a )为偏置电压为2500V 时输出的开关在线性工作状态下的电脉冲,可以看出线性电脉冲不是单一的脉冲,电脉冲在经历一个G auss 型的主脉冲之后,跟随几个不同程度的幅值较小的减幅振荡,但开关仍处于线性工作状态而并不引起非线性.图2(b )为偏555812期施　卫等:半绝缘G aAs 光电导开关体内热电子的光电导振荡特性置电压为3000V 时开关输出的非线性工作状态下的电脉冲,这一电脉冲也表现为在主峰过后呈现出不同程度的周期性减幅振荡现象,并随着时间的推移振荡逐渐消失,最后进入稳定的锁定状态,属于典型的非线性电脉冲.图3为1m J 光脉冲能量触发4mm间隙开关,在偏置电压分别为2500和3800V 条件下,10次触发SI 2G aAs 开关输出的线性和非线性两种工作模式的电脉冲波形,在主峰过后均呈现出不同程度的周期性减幅振荡现象.图3　10次触发SI 2G aAs 开关输出的线性和非线性周期性的减幅振荡电脉冲波形的叠加31理论分析光电导开关工作的物理机制分为线性和非线性两种.半导体光电子学理论认为,其工作模式的本质就是光子与电子相互作用产生光生载流子,而光生载流子在产生、弛豫与复合的竞争过程中由于迁移率的变化而产生光电导,在偏置电场的作用下呈现出输出电流的线性和非线性工作模式.3111光电导效应的物理过程光电导效应包括光吸收和载流子的激发、热载流子弛豫、电荷载流子的迁移和复合等,发生在激发载流子的整个寿命时间内[10,11].在这一时间内,光激发载流子可在内场、外场或浓度梯度场等影响下运动,从而使人们观察到各种不同的与光电导过程有关的光电导效应.3121光激发热载流子的输运与复合实验用波长为532nm 的超短脉冲激光照射G aAs 芯片,将在芯片被照射表面附近产生光生电子2空穴对.由于光子能量较大(hνµE g ),光激发的导带电子和价带空穴均产生在远离能带边缘的高激发状态(热激发态,或称热载流子),这些高激发态的热载流子通过辐射或无辐射跃迁的复合过程回到基态.对于G aAs 材料而言,空穴的有效质量是电子的数倍,因而空穴对光电信号变化的影响非常小.在上述光激发形成载流子的过程中,主要考虑光生热电子的产生与输运.处于高激发态的热电子在与G aAs 芯片材料的相互作用过程中,最大概率的是热电子将首先通过电子2电子,电子2声子的相互作用,弛豫掉过剩的动能而达到带边缘附近的冷激发态,然后经复合过程回到基态.假定光电子(热电子)刚被产生时能量为E h =ν-E g ,通常和纵光学声子(LO 声子)的相互作用最强,弛豫时间为[12]τeo =1αpω0karcosh (k ).(1)对于极性半导体,如InSd ,G aAs 等,τeo 约为10-12—10-14s[12].这时,首先进行热电子2LO 声子相互作用,如图4所示,使热电子动能E h 迅速下降到小于一个LO 声子能量值ω0(ω0为光学声子频率),即当0<E h <ω0时,能量耗散通过与声学声子的相互作用来实现.弛豫时间为[12]6558物理学报58卷图4　热激发电子弛豫过程示意图τep =π 4ρ22m35Π2E21E-1Π2h.(2)一般而言,热电子2声学声子作用时间会更长,对于G aAs材料由(2)式估算τep>10-7s.因此,热电子2声子的相互作用主要发生在热电子已经弛豫到最低带边缘附近能量小于一个光学声子能量 ω0的情况.此外,通过电子2电子的相互作用,热电子的能量还可以在自由电子和空穴间再分配,电子相互间也可以交换能量但不影响电子的总能量.它们能量的分布符合麦克斯韦分布,弛豫时间为[12],τee =m31Π2(3k B T)3Π2E210πe4ln32n[(k B T)3E3Π(πne6)]1Π2,(3)其中T为热电子温度,弛豫时间τee随载流子浓度而变化,因而对于开关处于线性与非线性工作状态而不同.上述弛豫时间与载流子寿命τn之间关系的不同,可以有不同特征的电子分布函数,使载流子具有不同的迁移率.3131热电子的光电导振荡效应用波长为532nm的超短脉冲激光照射G aAs芯片时,在芯片被照射表面附近产生热电子,假定热电子刚被产生时能量为hν-Eg,经级联发射LO声子过程后,热电子能量减小为Eh =hν-E g-n ω01由此可见,随着热电子能量的增加,级联过程后的热电子能量可以在0— ω0之间振荡,使迁移率随热电子能量的变化而出现振荡,从而呈现出光电导振荡现象,如图5所示.当τn<τep,τee时,在载流子的整个寿命时间内光电子是热电子,迁移率与热电子能图5　迁移率μ与光电子能量E ph的依赖关系量有关,并以 ω为周期随热电子能量的增大出现振荡,且迁移率的极小值(光电导的极小值)发生在E ph=n ω0的能量位置上.当τee<τn<τep时,则在光生载流子的整个寿命时间内定义一个热电子分布函数,仍可能通过迁移率调制引起光电导的振荡.动量损失可能导致光电导振荡.在热电子能量刚好低于光学声子能量 ω0时,载流子可以从偏置电场中获得能量并立即通过发射LO声子被散射到原点附近,于是在电势梯度方向上有净的动量损失,从而导致光电流下降,因而出现光电导振荡现象.另外,俘获机制不同导致的寿命调制也可能引起光电导振荡;带间激发和激子激发情况下也可能出现振荡光电导现象[13—15].313111开关在线性工作状态下的情形用波长为532nm的超短脉冲激光照射G aAs芯片,将在芯片被照射表面附近产生大量的光激发热载流子.光激发的电子和空穴具有比相应带中载流子的热平衡能量大得多的动能,这些热电子在芯片体内将相继发生下列情况:在偏置电场中获得能量Δε;电子2电子相互作用;电子2声子相互作用.上述过程中热电子的能量E=Δε+hν-Eg,处于高激发态的热电子首先经过与LO声子相互作用,能量很快减小为Eh=E-n ω01根据(3)式可估算出热电子在线性状态下的弛豫时间τee≈10-8s,即热电子弛豫时间与载流子寿命之间将满足τn<τee<τep (G aAs材料载流子的寿命为纳秒量级),电子分布处于热电子状态.随着热电子在置偏电场下获得能量的增加,级联发射LO声子过后的热电子能量总可以在0— ω0之间振荡,因而引起载流子迁移率的振荡,可能通过迁移率调制引起光电导的振荡.同时,热电子弛豫又伴随着载流子的复合而引起振荡减弱直至导通截止,使我们观察到线性电脉冲在经历一个高斯型的主脉冲之后呈现出规律的、不同程度的减幅振荡,开关电阻同时恢复高阻状态.755812期施　卫等:半绝缘G aAs光电导开关体内热电子的光电导振荡特性313121开关在非线性工作状态下的情形在偏置电场及光能阈值均较强的情况下,芯片体内的载流子数将出现雪崩倍增,其浓度比线性状态时载流子的浓度大3—5个数量级,且在偏置电场的作用下与线性状态一样,载流子同样将经历在电场中加速获得能量Δε、电子2电子及电子2声子相互作用的过程.由(3)式估算载流子的弛豫时间τee< 10-9s,即热电子弛豫时间与其寿命之间满足τee<τn<τep,热载流子和晶格系统不再处于热平衡状态,将迅速发射LO声子使其能量在0— ω0之间振荡,通过迁移率调制引起光电导的振荡.而且在非线性工作状态下开关体内热电子由于雪崩倍增使其浓度非常大,电子2电子互作用达到平衡的弛豫时间很短(τee<τn),在热电子弛豫与复合的竞争中,体内热电子的能量及浓度将达到稳定的热平衡状态,振荡逐渐消失并进入导通维持状态.因此,电脉冲在主峰过后呈现出不同程度的周期性减幅振荡现象,并随着时间的推移振荡逐渐消失,最后进入稳定的锁定状态.41结论从SI2G aAs中电子2电子,电子2声子相互作用的微观状态和过程出发,分析了用532nm激光脉冲触发SI2G aAs光电导开关产生振荡输出的实验现象.分析认为,实验中输出电脉冲出现振荡的主要原因来自于开关体内的热电子效应,开关芯片内的载流子寿命及其与电子、声子的弛豫时间满足τn<τep,τee条件.在偏置电场作用下,热电子将从电场中获得能量,随着热电子能量的增加,光电子输运将通过迁移率调制引起光电导振荡现象,从而导致输出电脉冲出现不同程度的周期性减幅振荡.[1]Islam N E,Scham iloglu E,Fleddermann C B1998Appl.Phys.Lett.731988[2]Loubriel G,Zutavern F,O’M alley M,Nuss M C1995Proc.S PIE234321[3]Shi W,Dai H Y,Zhang X B2005Chin.J.Semicond.26460[4]Li Q,Zhang X B,Shi W2002Acta Photon.Sin.311086(inChinese)[李　琦、张显斌、施　卫2002光子学报311086][5]Shi W,T ian L Q2006Appl.Phys.Lett.89202103[6]Jia W L,Ji W L,Shi W2007Acta Phys.Sin.562042(inChinese)[贾婉丽、纪卫莉、施　卫2007物理学报562042] [7]Shi W,W ang X M,H ou L,Xu M,Liu Z2008Acta Phys.Sin.577185(in Chinese)[施　卫、王馨梅、侯　磊、徐　鸣、刘　峥2008物理学报577185][8]Shi W,Qu G H,W ang X M2009Acta Phys.Sin.58477(inChinese)[施　卫、屈光辉、王馨梅2009物理学报58477][9]Liang L,Y u Y H,Peng Y B2008Chin.Phys.B172627[10]M azz ola M S,R oush R A,S toudt D C,Tukres J D1991IEEEPulsed Power Conf.71114[11]Lacassie F1999Eur.Phys.J.Appl.Phys.2189[12]Shen X C2002Optical Spectrum and Optical Properties o fSemiconductor(2nd Ed.)(Beijing:Science Press)p407(inChinese)[沈学础2002半导体光谱和光学性质(第二版)(北京:科学出版社)第407页][13]G odik E E1968J.Phys.C30127[14]N ovikov B V,S okolov N S,G astev S V1976Phys.State Sol.B7481[15]Li J X,Zhang M J,Niu S X,W ang Y C2008Chin.Phys.B1745168558物理学报58卷Characteristics of photoconductivity o scillation in semi 2insulating GaAs photoconductive semiconductor switche s 3Shi W ei 1)　Xue H ong 1)2)　M a X iang 2R ong 1)1)(Department o f Applied Physics ,Xi πan Univer sity o f Technology ,Xi πan 710048,China )2)(Department o f Physics and Electronic Engineering ,Weinan Teacher s Univer sity ,Weinan 714000,China )(Received 2M arch 2009;revised manuscript received 27April 2009)AbstractThe 4mm gap and 5ns pulse w idth sem i 2insulating G aAs photoconductive sw itches were triggered by 532nm laser pulse w ith gradual increase of bias v oltage from 500V in steps of 50V until the emergence of nonlinear electrical pulse.The expermental results showed that the linear and nonlinear electrical pulse waveforms had smaller am plitude and varying degrees of oscillation reduction after g oing through a main pulse.Then the m icroscopic state and transport process of carriers (hot 2electron )in the sw itch material were studied in detail using the quantum theory.It was found that in the DC bias electric field ,when the relaxation time of the hot 2electrons in the electron 2electron and electron 2phonon interaction process is longer than the carrier life ,the photoconductivity oscillation can be caused by the change of m obility in the process of optoelectronic transport ,which is the main cause for the output electrical pulse to show oscillations.K eyw ords :photoconductive sem iconductor sw itch ,hot 2electron ,relaxation ,photoconductivity oscillation PACC :7220H ,7240,7220J3Project supported by the S tate K ey Development Program for Basic Research of China (G rant N o.2007C B310406),the National Natural ScienceF oundation of China (G rant N os.50837005,10876026),the specialized scientific Research F oundation of Educational Bureau of Shaanxi Province ,China (G rant N o.09J K 431)and the Scientific Research F oundation of W einan T eachers University ,China (G rant N os.08YK F022,09YK Z 021).E 2mail :swshi @955812期施　卫等:半绝缘G aAs 光电导开关体内热电子的光电导振荡特性。

半绝缘GaAs光电导开关亚皮秒传输特性的研究

半绝缘GaAs光电导开关亚皮秒传输特性的研究
贾婉丽;施卫;纪卫莉;李孟霞
【期刊名称】《电子学报》
【年(卷),期】2008(036)009
【摘要】本文应用Ensemble-Monte Carlo方法模拟了半绝缘GaAs(SI-GaAs)光电导开关基于Auston等效电路亚皮秒传输特性.从载流子在开关体内的动态特性
出发,研究了光电导开关在飞秒激光脉冲触发下光电导传输特性、电介质弛豫特性、开关储能特性以及开关工作模式;分析了非线性光电导开关对光能阈值和偏置电场
阔值要求的物理机制.
【总页数】5页(P1795-1799)
【作者】贾婉丽;施卫;纪卫莉;李孟霞
【作者单位】西安理工大学理学院,陕西西安,710054;西安理工大学理学院,陕西西安,710054;西安理工大学理学院,陕西西安,710054;西安理工大学理学院,陕西西安,710054
【正文语种】中文
【中图分类】TN29
【相关文献】
1.半绝缘GaAs半导体开关的传输特性研究 [J], 薛红
2.用红外激光脉冲触发半绝缘GaAs光电导开关的实验研究 [J], 张显斌;施卫;李琦;陈二柱;赵卫
3.用1064nm激光脉冲触发半绝缘GaAs光电导开关的研究 [J], 张显斌;李琦;施卫;赵卫
4.半绝缘GaAs光电导开关的击穿特性 [J], 施卫;田立强
5.半绝缘GaAs光电导开关线性传输特性的研究 [J], 施卫;徐鸣
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GaAs光电导开关产生太赫兹电磁波的实验及理论分析的开题报告

GaAs光电导开关产生太赫兹电磁波的实验及理论分析的开题报告题目：GaAs光电导开关产生太赫兹电磁波的实验及理论分析导师：XXX一、研究背景太赫兹(THz)波段是介于微波和红外光之间的电磁波，具有很多应用前景。

在无损检测、生物医学、安全检测、通信等领域具有广泛应用前景。

其中，太赫兹成像和通信技术是目前的热点研究方向。

太赫兹波段的一大特点是其穿透性，能够穿透非常厚的非金属材料，因此常被用于探测物质的内部结构，如金属、塑料、纸张、布料、人体等。

此外，太赫兹波段还具有高分辨率、高灵敏度等特点，对生物组织的成像、食品与药物的检测、原材料的质量控制等具有潜在的应用价值。

当前，太赫兹光源主要有基于光学瞬态效应的光电导天线和基于激光非线性效应的光学整流器两种类型，其中，光电导天线是一类性能优异的太赫兹辐射源。

利用GaAs等半导体材料制备光电导天线，可以实现高功率、高带宽、高灵敏度等特性，近年来在太赫兹成像和通信等领域得到广泛应用。

二、研究目的与意义本研究旨在探究GaAs光电导开关产生太赫兹电磁波的机理、性质及其在成像和通信方面的应用前景。

具体研究内容如下：1.通过实验探究GaAs光电导开关产生太赫兹电磁波的基本原理、机理和性质。

2.优化GaAs光电导开关的制备工艺，提高其太赫兹辐射效率和稳定性。

3.研究GaAs光电导开关产生的太赫兹电磁波在成像和通信方面的应用前景，并探索其在相关应用中的关键技术和瓶颈问题。

通过研究GaAs光电导开关产生太赫兹电磁波的机理、性质以及其在成像和通信方面的应用前景，可以拓展太赫兹波段的应用场景，促进太赫兹成像和通信技术的研究与应用。

三、研究方法1. GaAs光电导开关的制备与太赫兹波的测量：利用化学气相沉积(CVD)方法制备GaAs 光电导开关，并利用太赫兹光谱仪测量太赫兹波的发射和吸收。

2. 理论计算与数值模拟：通过量子力学理论及电磁学模拟等方法，探究GaAs光电导开关产生太赫兹电磁波的机理和特性。

大功率高压超快GaAs光电导开关(最全)word资料

大功率高压超快GaAs光电导开关利用超快脉冲激光器与光电导体相结合形成的一类新型器件半导体光电导开关具有独特的性能：快速响应（皮秒上升/下降时间）、GHz的重复率、无触发晃动、寄生电感、电容小、触发隔离、动态范围大，结构灵活（适配于各种传输线结构）等。

加上其耐高压及大的电流承载能力使之不但在超高速电子学而且在大功率电脉冲产生与整形技术领域成为传统开关（间隙放电、闸流管及结器件）的换代器件。

在大功率脉冲源、超宽带探地雷达、超宽带通信、THz成像与检测技术、电子干扰与电子对抗、高功率脉冲点火等系统中具有广泛的应用。

本开关采用全固态透明介质绝缘封装，具有体积小，功率容量大的特点。

技术指标为：耐压：20kV电流：100A~500 A（脉冲峰值）开通时间：ns~ps (电流脉冲上升时间)重复频率：KHz~GHz脉冲宽度：ns~亚ns绝缘方式：全固态多层透明介质PCSS实物照片，外形尺寸4848mm输出连接：微带过渡同轴输出大功率逆变器组合式IGBT过流保护方案现代功率变换器均采用大功率半导体开关器件，其所能承受的电流过载能力相对于旋转变流装置要低得多，如IGBT一般只能承受几十微秒甚至几微秒的过载电流，一旦发生短路就要求保护电路能在尽可能短的时间内关断开关器件，切断短路电流，使开关器件不致于因过流而损坏。

但是，在短路情况下迅速关断开关器件，将导致负载电流下降过快而产生过大的di/dt。

由于引线电感和漏感的存在，过大的di/dt将产生很高的过电压，使开关器件面临过压击穿的危险。

对于IGBT，过高的电压又可能导致器件内部产生锁定效应，从而使器件失控而损坏。

因此，必须综合考虑和设计功率变换器的短路保护电路，以确保电流保护的有效性。

1．IGBT的失效原因和保护方法引起IGBT失效的原因有：①过热损坏。

集电极电流过大易引起瞬时过热，如器件散热不良会使器件持续过热，当温度超过允许值时IGBT器件将损坏。

如果器件持续工作在外部负载短路状态下，大电流产生的功耗将引起温升，由于芯片的热容量小，其温度迅速上升。

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开关均由半绝缘ＧＡｓ料制成，种尺寸为１．ａ材一００ｍｍ× １．００ｍｍ×０６ｍｍ，．电极位于１．００ｍｍ×１．００ｍｍ面上相对位置，电极直径６ｍｒ；一种尺寸为１．ｎ另５０ｍｍ ×１．５０ｍｍ×３０ｍｍ，ｍ直径电极位于１．．８ｍ５０ｍｍ × １．５０ｍｍ面上相对位置。测试了第１开关在不同半高宽脉冲加载电压下的击穿电压，果表明其最大耐受种结电压达７６ｋ击穿电场１７ｋｃ．Ｖ，２Ｖ／ｍ。对第２种结构测试了开关在直流加载条件下的暗态伏安特性并进行了
第２３卷第１期１
２１０１年１１月
强激光与粒子束
ＨＩＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＧＣＬＥＢＥＡＭＳ
Ｖｏ．３１２。ＮＯ１．１
ＮＯＶ．，２１Ｏ１
文章编号：１０３２２１）１２１－４０１４２（０１１９１０
触发实验，果表明在１Ｖ工作电压下，放电最大电流超过３５ｋ结５ｋ其．Ａ。・
关键词：砷化镓；光导开关；体结构；击穿场强
中图分类号：ＴＭ８６３文献标志码：Ａｄｉ１．７８ＨＰＢ０１３１２１ｏ：０３８／Ｉ２１２１．９１Ｐ
体结构ＧＡｓ导开关实验研究ａ光
刘宏伟，袁建强，刘金锋，赵越，李洪涛，谢卫平
（国工程物理研究院流体物理研究所，四川绵阳６１０）中２９０
摘
要：为解决光导开关耐受场强的提高问题，制了２种体结构光导开关，进行了实验研究。两种研并
开关技术一直是脉冲功率技术研究中最为重要的研究方向之一，关的性能对脉冲功率装置的整体性能开存在至关重要的影响口。随着重复频率脉冲功率技术的发展，于半导体材料光电效应原理的光导半导体开］基关（ＣＳ具有重复频率高和功率容量高等优点，ＰＳ）因而日益受到重视ｌ。高功率光导开关的研究已经持续了近２］４０年，始于１７起９２年马里兰大学的Ｓａａａｎ和Ｃ．Ｊｙｒｍａ．Ｈ．Ｌｅ人观察到的光电导现象。目前，ｅ等非线性模式下光导开关的最大电压达到了２０ｋ最大开关电流达到了８ｋ在单个开关上同时达到了１０ｋ的开１Ｖ，Ａ，０Ｖ关电压和１３ｋ的开关电流］．Ａ。光导开关在高功率微波、紧凑型脉冲功率技术、ＴＨｚ术方面都展现出较强技的应用前景ｊ。光导开关的结构有多种类型，如采用标准厚度的半导体晶圆、同侧面加工电极的共面结构在开关；同样采用标准厚度的半导体晶圆，在异侧面加工电极的异面结构开关（电极投影面之间有一定间隙）以；及在异侧面对应位置（电极投影面重合）的体开关等。本文对研制的２种体结构光导开关进行了性能测。试，初步分析了限制开关耐压提高的因素，进行了触发实验。并
ｌ开关结构及实验装置
实验所用的光导开关设计为体结构，使用了６００ｍ厚的半绝缘Ｇａ晶圆及３ｍｍ厚的半绝缘ＧａＡｓＡｓ晶
圆，电极直径分别为６８ｍｍ，，间隙分别为０６．．，３０ｍｍ。由ＯｅＡｕＮ／（／／ｉＡｕ厚度分别为３，０，５２０ｎ７１０１，０ｍ）由里到外构成的金属层淀积在材料表面并经过高温退火工艺以形成欧姆接触。ＧａＡｓ材料由于其中的ｃ杂质被深能级施主Ｅ。偿而具有半绝缘特性。其中Ｃ能级位于价带以上００９ｅ处，Ｉ能级位于导带以下Ｌ补．１ＶＥ。０８０ｅ．３Ｖ处。Ｅ。主的数密度为１６０ｍ＿，流子迁移率约为６００ｃ（・）Ｌ施． ×１ ¨ｃ。载０ｍ／Ｖｓ。光导开关性能测试电路如图１示。分别进行了０６ｍｍ间隙开关的脉冲耐压测试，．所．３０ｍｍ间隙开关的暗电流测试及触发性能测试。发性能测试中使用ＮｄＹＡＧ激光器发出的波长为１０４ｎ５２ｍＪ量、触：６ｍ，．能半
（）ｅｔｉｕｔｆａｋｃｒｎｂｔｓｔｃｒｕｔｏＡｓＰｇ．ｓｉｃｉｓｆｒＧａＣＳＳ