弱光触发GaAs光电导开关非线性阈值特性的研究

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砷化镓光电导开关(GaAs Photoconductive Semiconductor Switch-GaAs.PCSS)因其具有结构简单、响应速度快、低晃动、高耐压、强通流等优点而备受瞩目。然而,随着弱光触发点火装置和电光调制器等高功率器件应用需求的发展,逐渐对开关提出了全固态、紧凑、廉价的要求。这就促使使用激光二极管(Laser Diode-LD)等小型光源替代大型激光器成为触发光源触发GaAs PCSS工作的研究。  本文基于紧凑型GaAs PCSS发展需求,搭建了脉冲LD系统和温度监测与控制系统以及其测试电路,对弱光在不同温度的外界环境下触发砷化镓光电导开关,并对其电场阈值进行相关研究。所搭建的脉冲LD中心光谱905nm,单脉冲光能量与输入电压成正比,光脉冲时域光谱上升沿21 ns,脉宽76ns,光能量2.4μJ。本文主要研究了温度对于开关性能的影响以及温度、光斑形状、触发位置对于偏压阈值的影响。  实验发现:(1)光电导开关暗态电阻是随着温度的升高变小;温度对于电脉冲的幅值影响比较大,随着温度的下降对应的电脉冲的最高点幅值下降;同时也可以看出维持部分越来越明显,低温下输出的电脉冲的波形与标准非线性波形更加相似。(2)无论是光斑垂直电极还是平行电极,随着温度的升高,开关进入非线性模式所要的电场阈值逐渐降低。相比而言,垂直于两电极的矩形光斑更容易进入非线性。(3)光照从阴极到阳极,开关进入非线性模式所需的电场偏压逐渐增大。研究其原因:(1)温度的变化引起的本征载流子浓度、载流子的复合和迁移率的变化,这些变化对于开关的导通有很大的影响。(2)触发位置不同,导致转移电子效应的作用距离不同,即光激发电荷畴的成长距离不同和载流子浓度梯度的分布情况不同,于是有了不同的变化规律。(3)触发光斑的大小的不同导致了光斑照在开关上有效面积的不同,导致了载流子浓度的不同,对所需的电场阈值产生很大影响。实验结果给出了在以上不同条件下,能够有效降低电场阈值的一种实用技术。以及在光能触发条件为μJ量级的时候的一种有效触发GaAs光电导开关的方法。
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