开关技术在脉冲功率技术中占有重要的作用,开关元件的参数和特性对脉冲的上升时间、幅值等有最直接的影响。高重复频率、小型化、全固态是当前开关技术的主要发展趋势。因此,对于具有耐高压强电流、击穿快、长寿命以及能在重复的脉冲下稳定工作的开关器件的研制,是当前国内外脉冲功率技术中十分受重视的方向。在探究半绝缘GaAs的击穿特性时,我们发现在尖锐电极条件下,半绝缘GaAs能够在20kV/cm的平均电场下被击穿。经过进对电极形状的进一步设计研究,我们实现了半绝缘GaAs体雪崩产生纳秒级电脉冲。本文分析研究了储能电容、加压方式、温度、同轴线储能和二级加速对脉冲输出的影响,并分析了脉冲的触发机理。主要完成了以下工作:(1)实验探究了半绝缘GaAs体雪崩样品的最佳工作模式。在测定了半绝缘GaAs样品伏安特性曲线的基础上,设计电容储能电路产生了纳秒级高压电脉冲,并且通过探究储能电容、脉冲加压方式和温度对脉冲输出的影响,确定了半绝缘GaAs样品的最佳工作模式。脉冲加压方式比手动加压具有更好的稳定性,所以加压方式应使用脉冲加压方式。脉冲加压方式下,脉宽和输出电压不能兼顾,优先产生窄脉冲时选小电容,优先高输出电压时可选择大电容。脉冲加压方式下,样品在低温时的输出脉冲宽度更窄,上升沿更快,电压更大。综上所述,半绝缘GaAs样晶体雪崩产生纳秒级电脉冲的最佳工作模式为:使用脉冲加压方式,样品工作在低温下,储能电容选小电容。600um电极间隙的半绝缘GaAs样品在不同工作模式下,产生了最小脉宽为2.923ns,电压433V,上升沿为1.391ns以及最大电压1185V,脉宽12.95ns,上升沿3.149ns的纳秒级电脉冲。(2)研究了同轴线储能、二级压缩和多样品串联对波形的影响。使用同轴线储能电路,得到了近似方波脉冲,脉冲拥有数纳秒的上升沿,脉冲的宽度与同轴线的长度成正比。选择适当的同轴线长度和电容参数并辅以不同组合方式,能得到不同的波形,但同轴线体积较大,会增加了电路体积。二级压缩模式能压缩输入脉冲,使用二级压缩的方式到了脉宽为1.867ns,上升沿为1.332ns的电脉冲,但输出电压较低。样品串联可以提高整体的耐压,输出电压也比单样品输出电压要高,且脉宽变窄,上升沿变快。(3)研究了半绝缘GaAs体雪崩样品的触发机理。经过计算分析,排除了半绝缘GaAs样品导通机理为热击穿的可能性,认为半绝缘GaAs样品产生纳秒级电脉冲的机理主要与EL2深能级电子俘获机制、转移电子效应、EL2深能级碰撞电离效应和逆畴理论有关。半绝缘GaAs体雪崩样品产生纳秒级电脉冲,是一种新型的产生高压窄脉冲的方法,有望以体雪崩的模式,实现高重频的高压纳秒级脉冲,为脉冲功率技术和固体开关技术领域增添新的活力。