利用半絕緣砷化鎵體雪崩產(chǎn)生高壓高重頻納秒電脈沖的研究.pdf

1、脈沖功率技術(shù)是利用開(kāi)關(guān)或儲(chǔ)能器件對(duì)一定時(shí)間寬度的能量進(jìn)行壓縮，輸出高功率短脈沖的技術(shù)。因此，如何提高輸出脈沖的功率和壓縮脈寬是脈沖功率技術(shù)的關(guān)鍵。開(kāi)關(guān)技術(shù)是脈沖功率技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，高重復(fù)頻率、全固態(tài)和小型化是當(dāng)前開(kāi)關(guān)技術(shù)的主流發(fā)展趨勢(shì)。
　　基于GaAs光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)非線性延遲模式的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，我們提出了利用雪崩觸發(fā)半絕緣GaAs導(dǎo)通的研究思路。利用雪崩觸發(fā)半絕緣GaAs導(dǎo)通，能夠讓GaAs光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)擺脫激光限制，實(shí)現(xiàn)一種新型的高壓雪崩

2、管。通過(guò)對(duì)電極形狀的優(yōu)化設(shè)計(jì)，我們?cè)诎虢^緣GaAs材料上制作非對(duì)稱尖端電極，形成實(shí)驗(yàn)樣品。實(shí)驗(yàn)表明這種樣品能夠利用直接施加高壓，局部雪崩的方式觸發(fā)導(dǎo)通。導(dǎo)通后半絕緣GaAs樣品能夠像光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)非線性模式一樣持續(xù)導(dǎo)通，并伴隨樣品電場(chǎng)鎖定。
　　在此基礎(chǔ)上，論文開(kāi)展了利用半絕緣GaAs體雪崩產(chǎn)生高重頻納秒脈沖的實(shí)驗(yàn)研究，完成了以下工作：
　　1.在半絕緣GaAs樣品上制備非對(duì)稱電極形成實(shí)驗(yàn)樣品。在對(duì)樣品的靜態(tài)伏安特性測(cè)定的基礎(chǔ)上

3、，利用電容儲(chǔ)能測(cè)試電路，測(cè)試了體雪崩樣品脈沖輸出特性，產(chǎn)生了脈沖寬度為5.5ns，1.9kV的單發(fā)高壓電脈沖。
　　2.根據(jù)半絕緣GaAs體雪崩樣品的伏安特性，設(shè)計(jì)了基于高壓交流電源的高重頻運(yùn)行實(shí)驗(yàn)方案，開(kāi)展了雪崩樣品在交流電源下的重頻實(shí)驗(yàn)研究。在兩種不同的供電模式中，分別產(chǎn)生了脈沖寬度493.8ns，幅值5.92kV，頻率52.2kHz和脈寬243ns，幅值4.39kV，頻率40kHz的電脈沖。
　　3.測(cè)定了高溫下GaA

4、s雪崩樣品的伏安特性，發(fā)現(xiàn)高溫下樣品呈現(xiàn)顯著的電流控制型負(fù)阻特性。與室溫下的伏安特性不同的是，高溫下樣品電場(chǎng)鎖定特性消失，無(wú)論是升壓過(guò)程還是降壓過(guò)程，樣品均表現(xiàn)出負(fù)阻特性，其負(fù)阻數(shù)值隨溫度升高而降低，在70℃時(shí)高達(dá)2.4MΩ。根據(jù)樣品表現(xiàn)出的高溫負(fù)阻特性，解釋了高重頻模式下電流尖峰的形成機(jī)理。
　　半絕緣GaAs體雪崩產(chǎn)生重頻脈沖，是一種新型產(chǎn)生高重頻脈沖的方法，有望以雪崩的模式，實(shí)現(xiàn)幾十kHz高壓納秒重頻脈沖。對(duì)半絕緣GaAs體