半绝缘GaAs半导体开关的传输特性研究

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薛 红 ：半绝缘 ＧａＡｓ半导体开关的传输特性研 究
第 ３１卷
平均
功率 范 围为
８００－９００ ｍＷ
，重
复频率
为
８２ ＭＨｚ；实验
用直 流高
电压 源输
出 电压为
０～１０ ｋＶ ．
实验
测
试
用示 波 器为 ８６００ Ａ ｗａｖｅ ｍａｓｔｅｒ系列 ，带 宽 为 ６ ＧＨｚ，测试 电路 如 图 ２所 示 。
＋
Ｃ
Ｒ
ｒｌ
பைடு நூலகம்
。
图 １ 实 验 原 理 图
图 ２ ＰＣＳＳ测 试 电路 图
２ 输 出电脉冲 的振 荡效应
２．１ 实验 观 察 用 波长 为 ５３２ ｎｍ、单脉 冲 能量 为 ０．５ ｒＩｌＪ激光 脉 冲触发 间 隙为 ４ ｍｍ 的上述 光 电导开关 ．在 不 同的偏 置
电压 条件 下 ，开关 将输 出两 种不 同模 式 的电脉 冲 ，如 图 ３所 示 。（１）当偏 置 电压 为 １．５ ｋＶ 时 ，输 出 的 电脉 冲 为图 ３（ａ），波形 在经 历 了一个 高斯 型 主脉 冲后 ，呈现 出几个 连续 的减 幅振 荡 ，但开 关仍 处 于线性 工 作 状 态而 并 未引起 非线 性变 化 。 （２）当偏 置 电压达 到 ３ ｋＶ 时 ，电脉 冲波 形 为 图 ３（ｂ），在 主脉 冲过 后 呈 现 出周 期性 的不 同程 度 的减 幅振 荡并逐 渐 消失 ，最后 进 入稳定 的 Ｌｏｃｋ－Ｏｉｌ锁 定状 态 。
２０１６年 ６月 第 ３１卷 第 １２期
【现代应用技术研 究 】
渭南师范学院学报
Ｊｏｕｒ ｎａｌ ｏｆ Ｗ ｅｉｎａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｊｕｎｅ ２０ｌ６ Ｖ０１．３１ Ｎｏ．１２
半绝 缘 ＧａＡｓ半 导体 开 关 的传 输 特 性 研 究
薛 红
（渭南师 范学 院 数理 学院 ，陕西 渭南 ７１４０９９）
摘 要 ：通过 实验及 理 论分 析 ，对 半 绝缘 ＧａＡｓ（ＳＩ－ＧａＡｓ）光 电 导 开 关的 光 电性 能 和 传 输 特 性进 行 了 研 究 。在 不 同的偏 置 电压条 件 下 ，开关将 输 出两种 不 同模 式 的 电脉 冲并存 在 振 荡效应 ，认 为 ：导致 输 出电 脉 冲振 荡效 应 的主要 原 因是 光 电导振 荡现 象 ；当外界 光 电条件 一 定 ，开 关 电极 间 隙越 小 ，输 出电脉 冲 上 升 时 间越短 ．输 出功 率越 大 。为 了提 高开 关的上 升 时间和输 出功率 ，必须使 光 电导开 关工作在 饱和 状 态。
１ 实验原理及装置
实验 采用横 向型结构 的光 电导 开关 ，实验 原理 如 图 １所 示 ，将 其 接人 与 之 匹 配 的平 面 传输 线 上 ．通 过 微带过渡接头与同轴电缆相连接，其 中：微带传输线采用 Ａ１ ０ 复铜板制作 ，由于 Ａ１ Ｏ 具有高导热性能， 使 得 开关具 有很 好 的散热 性 能。开关 的芯片材 料选 用 半绝 缘 ＧａＡｓ，暗态 电阻率 为 ｐ＞５×１０ ｎ －ｅｍ．本征 击 穿 电场 为 ２５０ ｋＶ／ｃｍ；电子 的浓 度 为 １０Ｈ ｃｍ一，迁移 率 为 ／ｘ＞５ ５００ ｃｍ ／Ｖ ·ｓ，载 流子 的复合 寿命 小 于 ｌｎｓ，开关 晶片尺寸为 ０．６ ｍｍＸ２０ ｍｍ￣１０ ｍｍ，电极尺寸为 ６ ｒａｍ￣４ ｍｍ，光电导开关 电极为 Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ合金 与 ＧａＡｓ芯片形成 良好的欧姆接触 ，电场阈值为 ４．１ ｋＶ／ｃｍ；实验 中选用的触发光源是 ＳＫＬＴＯＴ—Ｌ１型 ＹＡＧ －ｐｓ染料 锁模 激光器 ，输 出光 脉 冲波长分 别 为 ８００ ａｍ 和 ５３２ ｎｍ，单脉 冲能 量可 在 ｌｎＪ至 １０ ｎ１Ｊ之 间变 化 ，
关键 词 ：光 电导 开关 ；电脉 冲 ；振 荡效应 ；功 率 中图分 类号 ：ＴＮ３６ 文 献标 志码 ：Ａ 文 章编 号 ：１００９－５１２８（２０１６）１２—００３１—０５ 收稿 日期 ：２０１６－０４－０８ 基 金项 目 ：陕 西 省 自然 科 学 基 金 项 目：强 场 作 用 ＧａＡｓ栽 流 子 输 运 机 理 及 ＴＨｚ辐 射 技 术 研 究 （２０１３ＪＭ８０１３）；陕西省 军 民融合研 究规 划项 目：高功 率 ＴＨｚ光 电 导偶极 天线 的设 计 （１６ＪＭＲ０６）；渭 南师 范 学院科研 基金 项 目：面向 渭南环境 安 全监 测的 强 ＴＨｚ源机 理研 究 （１５ＹＫＳ００７）；渭 南 师 范学 院特 色学科 建 设 项 目：光 电检 测技 术与泰 东工业 （１４ＴＳＸＫ０６） 作者简介：薛红（１９６６一 ），女 ，陕西渭南人 ，渭南师范学院数理 学院教授 ，理 学博士，主要从 事光 电器 件机 理研 究
半 导 体光 电导体 开关 （Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｗｉｔｃｈ，简称 ＰＣＳＳ）是 超 快 脉 冲激 光器 与半 绝 缘 ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ和金刚石等化合物半导体材料相结合而发展起来的一种新型固态半导体开关器件 ，是通 过超快脉冲光注人方式产生载流子 ，而对材料 的电阻率控制来实现器件功能的。其工作原理是利用半导 体 的本 征耐 压特 性或 ｐｎ结 反 向耐压 特性 ，使半 导体 开 关能 够 承受 高 电压 ，然 后 以光 注 入 或 电注 人 的 触 发 方式 ，在极短的时间内产生大量的非平衡载流子 ，致使开关得以导通。这种光电导开关具有可靠性 高、使 用寿命长、工作频率高等优点 ，具有传统高功率脉冲器件不具备 的优 良性能 ，广泛地应用于高功率微波 、超 快 电子学等领域 ，在产生高功率脉冲领域有很大发展潜力＿１］。迄今为止 ，ＧａＡｓ仍是制作光导开关的主流 材 料 ，已有许 多用 ５３２ ｎｍ、７８０ ａｍ、８７６ ａｍ、９００ ａｍ、１ ０６４ ａｍ和 １ ５３０ ｎｍ激 光脉 冲触 发半绝 缘 ＧａＡｓ光 电 导 开关 的研究 报道 ［２ 。本 文 主要 采用 Ｎｄ：ＹＡＧ激 光器 作为触 发 光 源 ，通 过 实验 及 理论 分 析 ，对 ＧａＡｓ光 导开关 的光电性能和输出特性等进行了详细研究 。