半絕緣GaAs體雪崩納秒脈沖輸出特性研究.pdf

1、開關(guān)技術(shù)在脈沖功率技術(shù)中占有重要的作用，開關(guān)元件的參數(shù)和特性對(duì)脈沖的上升時(shí)間、幅值等有最直接的影響。高重復(fù)頻率、小型化、全固態(tài)是當(dāng)前開關(guān)技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。因此，對(duì)于具有耐高壓強(qiáng)電流、擊穿快、長(zhǎng)壽命以及能在重復(fù)的脈沖下穩(wěn)定工作的開關(guān)器件的研制，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外脈沖功率技術(shù)中十分受重視的方向。
　　在探究半絕緣GaAs的擊穿特性時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)在尖銳電極條件下，半絕緣GaAs能夠在20kV/cm的平均電場(chǎng)下被擊穿。經(jīng)過進(jìn)對(duì)電極形狀的進(jìn)一步設(shè)

2、計(jì)研究，我們實(shí)現(xiàn)了半絕緣GaAs體雪崩產(chǎn)生納秒級(jí)電脈沖。本文分析研究了儲(chǔ)能電容、加壓方式、溫度、同軸線儲(chǔ)能和二級(jí)加速對(duì)脈沖輸出的影響，并分析了脈沖的觸發(fā)機(jī)理。主要完成了以下工作：
　　（1）實(shí)驗(yàn)探究了半絕緣GaAs體雪崩樣品的最佳工作模式。
　　在測(cè)定了半絕緣GaAs樣品伏安特性曲線的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)電容儲(chǔ)能電路產(chǎn)生了納秒級(jí)高壓電脈沖，并且通過探究?jī)?chǔ)能電容、脈沖加壓方式和溫度對(duì)脈沖輸出的影響，確定了半絕緣GaAs樣品的最佳工作模

3、式。脈沖加壓方式比手動(dòng)加壓具有更好的穩(wěn)定性，所以加壓方式應(yīng)使用脈沖加壓方式。脈沖加壓方式下，脈寬和輸出電壓不能兼顧，優(yōu)先產(chǎn)生窄脈沖時(shí)選小電容，優(yōu)先高輸出電壓時(shí)可選擇大電容。脈沖加壓方式下，樣品在低溫時(shí)的輸出脈沖寬度更窄，上升沿更快，電壓更大。綜上所述，半絕緣GaAs樣品體雪崩產(chǎn)生納秒級(jí)電脈沖的最佳工作模式為：使用脈沖加壓方式，樣品工作在低溫下，儲(chǔ)能電容選小電容。600um電極間隙的半絕緣GaAs樣品在不同工作模式下，產(chǎn)生了最小脈寬為2.

4、923ns，電壓433V，上升沿為1.391ns以及最大電壓1185V，脈寬12.95ns，上升沿3.149ns的納秒級(jí)電脈沖。
　?。?）研究了同軸線儲(chǔ)能、二級(jí)壓縮和多樣品串聯(lián)對(duì)波形的影響。
　　使用同軸線儲(chǔ)能電路，得到了近似方波脈沖，脈沖擁有數(shù)納秒的上升沿，脈沖的寬度與同軸線的長(zhǎng)度成正比。選擇適當(dāng)?shù)耐S線長(zhǎng)度和電容參數(shù)并輔以不同組合方式，能得到不同的波形，但同軸線體積較大，會(huì)增加了電路體積。二級(jí)壓縮模式能壓縮輸入脈沖，使

5、用二級(jí)壓縮的方式到了脈寬為1.867ns，上升沿為1.332ns的電脈沖，但輸出電壓較低。樣品串聯(lián)可以提高整體的耐壓，輸出電壓也比單樣品輸出電壓要高，且脈寬變窄，上升沿變快。
　?。?）研究了半絕緣GaAs體雪崩樣品的觸發(fā)機(jī)理。
　　經(jīng)過計(jì)算分析，排除了半絕緣GaAs樣品導(dǎo)通機(jī)理為熱擊穿的可能性，認(rèn)為半絕緣GaAs樣品產(chǎn)生納秒級(jí)電脈沖的機(jī)理主要與EL2深能級(jí)電子俘獲機(jī)制、轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)、EL2深能級(jí)碰撞電離效應(yīng)和逆疇理論有關(guān)。