收藏本站
《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

GaAs光导开关的耐压研究

鲁金蕾  
【摘要】:半导体光导开关(Photoconductive Semiconductor Switch,PCSS,简称光导开关)作为光电子器件的一种,因其具有外型小,重量轻,工作精度高,高速高频,特别是高增益的非线性工作模式的特点,使其在武器点火、雷达通信、环境监测等领域都有着重要应用,PCSS因此受到了广泛关注。根据应用的特点,光导开关的性能可从两个方面来深入挖掘,一个是在小功率方面的应用,开关的灵敏度和开关比还需进一步的提升;另外一个是在大功率场合的应用,开关的耐压能力限制着开关的功率容量。而且,在实际应用中光电子器件的耐压通常要比理论值小很多,因此提高器件的耐压是PCSS研究中至关重要的一项工作,本文分别从理论和实验上对大功率环境中光导开关的耐压做了研究。在理论上,首先对光导开关的线性工作模式和非线性工作模式的工作原理和特点进行了介绍,并指出GaAs材料的禁带宽度较大,电子迁移率、暗态电阻率和击穿电场都很大,而载流子寿命较小,是良好的制作PCSS材料;其次介绍了开关的芯片主要结构,以及各主要结构层的作用,并从三方面对开关的热效应进行研究,一是入射光脉冲引起的开关温度升高,二是开关处于暗态时暗电流的欧姆效应引起的欧姆生热,三是开关处于导通状态时通态电流引起的欧姆生热。最后,从热击穿和高压击穿两方面分析开关的击穿现象。在实验上,针对入射光斑位置与开关输出功率的关系进行了研究,得到当光斑位置垂直于电极入射时光能利用率较大,故开关输出功率也较大。当光斑平行于电极入射时光能的利用率较小,故开关的输出功率较小。同时,因为光斑位置垂直于电极入射时分布较均匀,所以比光斑平行于电极入射时开关的耐压能力要强。并且,对电极形状、电极间距、欧姆接触、钝化层以及散热等影响光导开关耐压的因素进行了研究。得出了,在相同的条件下具有共面圆角型电极的光导开关具有更小的暗电流,耐压能力更好的结论;对于间距,电极间距越大光导开关的体电阻越大,耐压性能更好,但是过大的体电阻会影响开关的灵敏度,在灵敏度符合要求的情况下电极间距为8mm的器件可以耐5.5kV的高压;针对钝化层,氮化硅的厚度越厚,器件耐压性能更好,覆盖770nm的氮化硅作为钝化层的器件可以耐6kV的高压;最后,外加散热装置可以提高器件的热量耗散能力,使开关的暗电流降低了82%,开关的耐压能力提高了20%。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN303;O614.371

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙艳玲;刘小龙;刘欢;石顺祥;;光导开关非线性导通时的载流子累加效应[J];强激光与粒子束;2014年07期
2 王卫;邓建军;夏连胜;谌怡;刘毅;;基于大功率激光二极管的光导开关导通特性[J];强激光与粒子束;2014年04期
3 常少辉;刘学超;黄维;周天宇;杨建华;施尔畏;;正对电极结构型碳化硅光导开关的制备与性能研究[J];无机材料学报;2012年10期
4 刘金锋;袁建强;刘宏伟;赵越;姜苹;李洪涛;谢卫平;;影响碳化硅光导开关最小导通电阻的因素[J];强激光与粒子束;2012年03期
5 赵越;谢卫平;刘宏伟;刘金锋;李洪涛;袁建强;;大功率光导开关硅微通道散热器设计与测试[J];强激光与粒子束;2011年10期
6 赵越;谢卫平;李洪涛;刘金锋;刘宏伟;赵士操;袁建强;;影响高功率光导开关临界频率热因素的数值分析[J];强激光与粒子束;2010年11期
7 刘宏伟;袁建强;刘金锋;李洪涛;谢卫平;江伟华;;大功率GaAs光导开关寿命实验研究[J];强激光与粒子束;2010年04期
8 袁建强;李洪涛;刘宏伟;刘金锋;谢卫平;王新新;江伟华;;大功率光导开关研究[J];强激光与粒子束;2010年04期
9 刘宏伟;袁建强;刘金锋;李洪涛;谢卫平;江伟华;;外电路参数对GaAs光导开关导通过程的影响[J];强激光与粒子束;2010年02期
10 施卫;薛红;马湘蓉;;半绝缘GaAs光电导开关体内热电子的光电导振荡特性[J];物理学报;2009年12期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 田立强;高功率GaAs光电导开关的特性与击穿机理研究[D];西安理工大学;2009年
2 贾婉丽;GaAs光电导开关产生太赫兹电磁波的实验及理论分析[D];西安理工大学;2007年
3 龚仁喜;GaAs光导开关的线性及非线性特性研究[D];西安电子科技大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 姜苹;基于光导开关的纳秒脉冲功率源技术研究[D];中国工程物理研究院;2012年
2 赵越;大功率GaAs光导开关热设计技术研究[D];中国工程物理研究院;2011年
3 郑伟;基于光导开关的时域天线空间功率合成技术研究[D];电子科技大学;2009年
4 裴涛;高电压强电流下GaAs光电导开关的损伤及寿命分析[D];西安理工大学;2009年
5 曾骏;半绝缘GaAs开关中光激发电荷畴的理论研究[D];西安理工大学;2008年
6 谢玲玲;GaAs光导开关高场输运特性研究[D];广西大学;2006年
7 李敏;新型超高速光导开关加工的研究[D];天津大学;2006年
8 吴欣;光导开关特性及其应用研究[D];西安电子科技大学;2006年
9 陈二柱;砷化镓光电导开关瞬态特性研究[D];西安理工大学;2002年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谷宇;袁建强;王凌云;刘宏伟;姜苹;徐乐;;用于MHz重频光导开关触发的光纤分光系统设计[J];强激光与粒子束;2017年10期
2 王卫;刘毅;谌怡;夏连胜;杨超;叶茂;;大功率激光脉冲二极管触发高增益光导开关实验研究[J];强激光与粒子束;2016年09期
3 薛红;;半绝缘GaAs半导体开关的传输特性研究[J];渭南师范学院学报;2016年12期
4 廖鹏;王树青;彭丽;杨超;印茂伟;;1 MeV介质壁加速器束流特性模拟研究及分析[J];西南科技大学学报;2016年01期
5 叶茂;张篁;刘毅;王卫;谌怡;杨超;夏连胜;石金水;章林文;;介质壁加速腔加速结构优化[J];强激光与粒子束;2016年04期
6 孙艳玲;杨萌;宋朝阳;石顺祥;郭辉;;低导通电阻4H-SiC光导开关[J];强激光与粒子束;2015年12期
7 薛红;席彩萍;白秀英;;强电场作用半导体非平衡载流子输运的瞬态特性研究[J];半导体光电;2015年06期
8 王树青;廖鹏;彭丽;杨超;印茂伟;;1 MeV介质壁质子直线加速器数值模拟优化[J];西南科技大学学报;2015年03期
9 章林文;夏连胜;谌怡;王卫;刘毅;张篁;;介质壁加速器关键技术[J];高电压技术;2015年06期
10 袁建强;刘宏伟;马勋;蒋天伦;姜苹;王凌云;;基于光导开关的固态脉冲功率源及其应用[J];高电压技术;2015年06期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 李孟霞;弱光触发下GaAs光电导开关的工作机理研究[D];西安理工大学;2016年
2 刘蓉;X射线飞秒条纹相机关键技术的研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2014年
3 高鹏;行波管再生反馈振荡器的研究[D];电子科技大学;2010年
4 陈金林;应用于THz源的光纤激光器及高性能光电探测器[D];华中科技大学;2009年
5 屈光辉;GaAs光电导开关中载流子输运规律研究[D];西安理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 鲁金蕾;GaAs光导开关的耐压研究[D];中国科学院大学(中国科学院物理研究所);2017年
2 霍雯雪;GaAs基光电导开关灵敏度的研究[D];中国科学院大学(中国科学院物理研究所);2017年
3 肖剑波;高压SiC BJT在脉冲功率领域的快速驱动电路研究[D];湖南大学;2016年
4 王强强;飞秒时间分辨条纹相机的理论和实验研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2014年
5 李先仓;基于PCSS的快电脉冲源研究[D];重庆大学;2013年
6 宋博;基于MRTD方法的宽带/超宽带天线的设计与分析[D];电子科技大学;2011年
7 赵玲;基于光导采样测量方法的光电导开关设计与系统研究[D];天津大学;2009年
8 邵立;太赫兹辐射源及太赫兹波导的理论研究[D];郑州大学;2009年
9 李晓龙;组合开关的伏秒特性及瞬态特性分析[D];西安理工大学;2009年
10 高霞;基于自相关测量方法的光电导开关设计与信号模拟分析[D];天津大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴朝阳;陈志刚;薛长江;陆巍;杨周炳;;激光二极管触发光导开关实验研究[J];强激光与粒子束;2012年03期
2 崔海娟;杨宏春;阮成礼;吴明和;;GaAs光导开关锁定模式阈值条件[J];光学学报;2011年02期
3 施卫;马湘蓉;薛红;;半绝缘GaAs光电导开关的瞬态热效应[J];物理学报;2010年08期
4 杨宏春;崔海娟;孙云卿;曾刚;吴明和;;高功率、长寿命GaAs光电导开关[J];科学通报;2010年16期
5 黄维;陈之战;陈义;施尔畏;张静玉;刘庆峰;刘茜;;组合材料方法研究膜厚对Ni/SiC电极接触性质的影响[J];物理学报;2010年05期
6 黄维;常少辉;陈之战;施尔畏;;11kV大功率SiC光电导开关导通特性[J];强激光与粒子束;2010年03期
7 袁建强;刘宏伟;刘金锋;李洪涛;谢卫平;王新新;江伟华;;50kV半绝缘GaAs光导开关[J];强激光与粒子束;2009年05期
8 谢玲玲;龚仁喜;黄阳;;吸收因子对GaAs光导开关输出电压幅值的影响[J];半导体技术;2008年07期
9 严成锋;施尔畏;陈之战;李祥彪;肖兵;;超快大功率SiC光导开关的研究[J];无机材料学报;2008年03期
10 袁建强;谢卫平;周良骥;陈林;王新新;;光导开关研究进展及其在脉冲功率技术中的应用[J];强激光与粒子束;2008年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张同意;非线性光电导开关高功率超短电脉冲产生技术的研究[D];西安电子科技大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 崔意奇;UWB脉冲发生器设计[D];湘潭大学;2010年
2 王传伟;全固态重复频率Marx发生器关键技术研究[D];中国工程物理研究院;2009年
3 李永富;强激光对砷化镓材料损伤机理的研究[D];山东大学;2007年
4 唐伟君;超宽带平面螺旋天线的研究与设计[D];西安电子科技大学;2007年
5 周良骥;快脉冲直线变压器驱动源(LTD)技术初步研究[D];中国工程物理研究院;2006年
6 廖勇;超宽带TEM喇叭天线阵列辐射特性初步研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2003年
7 王爱国;时域有限差分法及其在开关电源电磁辐射计算中的应用[D];浙江大学;2002年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026