基于PCSS的快電脈沖源研究.pdf

1、科學技術(shù)在發(fā)展，脈沖功率技術(shù)在軍事和民用領域正逐步得到應用，超快電脈沖的獲取技術(shù)正在提高，目前主流技術(shù)多采用開關技術(shù)獲取電脈沖。光導開關具有非常高的速度、動態(tài)范圍大、在皮秒光導體中無抖動、耐壓高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊的特點，從而代替了傳統(tǒng)開關。半絕緣GaAs材料具有暗態(tài)電阻高、載流子壽命短、載流子遷移率大的特性，使用GaAs材料研制超高速光電導開關是很好的選擇。GaAs光電導開關具有光電快速響應特性，開關工作在線性模式下與光脈沖一致性比較好,利

2、用光電流與光脈沖之間的線性關系，可以將飛秒激光器高速光脈沖進行光電轉(zhuǎn)換獲取超快電脈沖。基于GaAs光電導開關具有獲取脈沖的超快特性，因此其具有重要的研究價值，對電子開關門、采樣門、波形產(chǎn)生、微波調(diào)制、光學檢測、X射線、粒子探測、同步超高速掃描照相機、驅(qū)動普克爾盒、混頻無線電、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電磁脈沖武器、沖擊雷達、大電流點火裝置、超寬帶脈沖源、太赫茲電磁波發(fā)射源等領域的應用都具有重要的意義。
　　目前很多國內(nèi)外高校、科研院所都對GaAs

3、光電導開關的工作原理進行了研究，文獻報道很少使用計算機模擬分析開關的特性。論文采用計算機軟件對光電導開關進行了模擬仿真。
　　首先，從光導開關受到激勵光觸發(fā)后，通過建立過剩載流子輸運方程求解了過剩載流子濃度和電導表達式，以曲線的形式清晰地分析了光強、載流子壽命、光脈沖寬度、吸收系數(shù)對電導的影響。其中得出了一些重要的結(jié)論，過剩載流子只在半導體表面薄層內(nèi)產(chǎn)生，過剩載流子濃度和電導的上升沿時間為皮秒量級，脈沖寬度可以達到1ns。

4、　　考慮到高速脈沖信號的傳播，分析了傳輸線在脈沖傳播與成形中的作用，給出了單傳輸線理想開關控制的電路，解出了匹配負載情況下負載電脈沖的理論表示式，得到了脈沖寬度60ns的電脈沖，并通過仿真驗證了理論結(jié)果的正確性。通過數(shù)值計算求解傳輸線電報方程，獲得了光導開關控制下的負載電脈沖瞬態(tài)波形，得到了脈沖寬度15ns的電脈沖。
　　論文從載流子的速率方程著手建立了光電導開關的Pspice模型，模擬仿真了光能量、光脈沖寬度、載流子壽命等因素對

5、電脈沖的影響，并且仿真了加入傳輸線后電脈沖的變化情況。
　　使用Silvaco TCAD和Sentaurus TCAD器件仿真工具模擬分析了暗態(tài)擊穿電場與電極間隙間的距離的關系。通過對瞬態(tài)光電特性仿真獲得了上升沿時間25ps，脈沖寬度0.2ns的短電流脈沖。模擬了暗態(tài)下不同電極結(jié)構(gòu)對電場、載流子遷移率、電流密度的影響。
　　論文通過實驗測試驗證了光電導開關的理論研究的正確性以及Pspice模型的合理性，并且獲得了納秒級電脈沖