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砷化镓光电导开关(GaAs Pho toconductive Semiconductor Switch-GaAs PCSS)是一种较有发展前景的脉冲功率器件,具有结构简单、低触发光能量、低抖动、高耐压、强通流等优点。目前广泛应用于脉冲整形,超高速电子学,以及太赫兹波产生等领域。然而,基于全固态,小体积,低成本的应用发展,迫切要求我们采用激光二级管等小型光源替代传统的大激光器来触发GaAs光电导开关,激光二极管的输出光能一般为微焦量级。光电导开关可以工作在非线性模式,非线性阈值电压为(3.2-4.2kV/cm)。非线性工作模式下,开关体内电场强度达到雪崩击穿的条件,发生强烈的雪崩碰撞电离,一个光子可以产生多个电子空穴对,载流子倍增。那么,我们将可能使用微焦量级弱光触发GaAs光电导开关产生强电流。
本文基于微焦量级弱光触发GaAs光电导开关产生强电流实验,提出了CM测试电路的RLC瞬态电路模型,通过电路分析得到该测试电路进行欠阻尼放电;推导出该电路系统的电感公式,并计算出该系统电感值约为350nH;在偏压6kV时,140nF陶瓷电容储能,激光二极管触发2mm同面电极开关得到幅值1450A,脉宽250ns强电流。激光二极管的光能量为4μJ,具有廉价,小体积,可批量生产的优点。结合光激发电荷畴(PACD)理论和RLC瞬态电路模型分析输出电脉冲波形没有出现锁定效应(lock-on effect)的原因。该廉价、集成的GaAs光电导开关系统将可以作为高功率触发源,应用在武器点火,高功率触发器等方面。
同时,我们实验研究储能电容量对GaAs光电导开关输出强电流特性的影响,实验发现:一定的电场强度和触发光能量下,储能电容量越大,GaAs光电导开关输出电流幅值越高,放电量越大。另外,利用气体火花隙开关导通放电,实验研究不同类型储能电容的放电特性。总结出实验规律:与陶瓷电容相比,脉冲电容放电更快,放电更彻底。偏置电压越高,脉冲电容的输出电流幅值较高的优势越明显,快放电特性越好。
本文基于微焦量级弱光触发GaAs光电导开关产生强电流实验,提出了CM测试电路的RLC瞬态电路模型,通过电路分析得到该测试电路进行欠阻尼放电;推导出该电路系统的电感公式,并计算出该系统电感值约为350nH;在偏压6kV时,140nF陶瓷电容储能,激光二极管触发2mm同面电极开关得到幅值1450A,脉宽250ns强电流。激光二极管的光能量为4μJ,具有廉价,小体积,可批量生产的优点。结合光激发电荷畴(PACD)理论和RLC瞬态电路模型分析输出电脉冲波形没有出现锁定效应(lock-on effect)的原因。该廉价、集成的GaAs光电导开关系统将可以作为高功率触发源,应用在武器点火,高功率触发器等方面。
同时,我们实验研究储能电容量对GaAs光电导开关输出强电流特性的影响,实验发现:一定的电场强度和触发光能量下,储能电容量越大,GaAs光电导开关输出电流幅值越高,放电量越大。另外,利用气体火花隙开关导通放电,实验研究不同类型储能电容的放电特性。总结出实验规律:与陶瓷电容相比,脉冲电容放电更快,放电更彻底。偏置电压越高,脉冲电容的输出电流幅值较高的优势越明显,快放电特性越好。