1.6 μJ激光二极管触发GaAs光电导开关电场阈值的研究

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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。这就促使我们使用激光二极管(Laser Diode-LD)等小型光源替代大型激光器来作为触发光源触发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系统及其测试电路,对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7.1ns,脉宽25.7ns,光能量1.6μJ。本文主要研究触发位置,触发距离和温度对电场阈值的影响。实验发现:(1)沿X轴方向改变触发位置且使其从阴极向阳极移动,当光斑垂直电极时,电场阈值线性增大;当光斑平行电极时,电场阈值呈现不对称的抛物线规律。(2)沿Y轴方向改变激光二极管头和开关表面的触发距离,当光斑垂直电极时,电场阈值呈现不对称的抛物线规律,当光斑平行电极时,电场阈值呈现阶梯状增大规律。(3)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。研究其原因:(1)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光能利用的情况不同,于是有了不同的变化规律。(2)触发距离的不同,导致了初始的光生载流子浓度的不同,这对于非线性导通的产生至关重要。(3)触发位置不变和触发距离不变,光生载流子的浓度和数量不变,温度的变化则主要引起本征载流子的浓度变化。实验结果给出了在此三种不同条件下,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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