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1、PCSS光电导开关当今世界科技发展日新月异，在很多的领域,无论是尖端科技领域 的实验还是某些工业领域、军事领域的尖端产品，都需要能提供高功 率脉冲的设备，而这些设备的工作参数极端严苛，远非普通功率电子元 器件所能胜任，因而出现了从电子闸流管开始的各类脉冲功率元件，本 文将介绍一篇新型半导体脉冲功率元件pcss的研究论文高功率亚 纳秒GaAs光电导开关的研究.半导体光电导开关（PCSS）就是利用超快脉冲激光器与光电导体 （如GaAs、InP等）相结合形成的一类新型器件与传统开关相比,PCSS 具有开关速度快、触发无晃动、寄生电感电容小、结构简单紧凑等特 点，特别是耐高压及其大功率容量使其在超高速
2、电子学和大功率脉冲 产生与整形技术领域（大功率亚纳秒脉冲源、超宽带射频发生器等） 具有广泛应用前景.PCSS分为两种基本类型,横向开关和纵向开关，横向开关易于制 作，有较大的光照面积和电导通道，可以用较宽波长范围的光来触发 GaAs材料具有优良的电、光性能是制作光电导开关较为理想的材料 -然而用它制作的横向光电导开关，平面电极之间的距离一般在毫米至 厘米量级.GaAs基体本征击穿电压250KV/cm，不加绝缘措施的情况下 闪络电压10Kv/cm以上，在SF6、绝缘油、去离子水绝缘下闪络电压 可达26.6Kv/cm，30Kv/cm，145Kv/cm，但开关结构复杂难于制作和实际 应用,在本次实验
3、中采用的Si3N4-有机硅树脂绝缘体系,该体系下下闪 络电压约为35Kv/cm.本实验中采用YAG Q开关激光器触发3mm间隙的开关,激光脉 冲宽度为15ns,经KTP晶体倍频输出波长为0.53m m.PCSS器件有两种工作模式：线性模式和Lock_On模式,在高电 压强激光触发条件下PCSS器件以Lock_On模式工作,反之则以线性 模式工作.Lock_On模式下PCSS响应速度极快，上升时间可小于 200ps，峰值电流560A,上升速率可达2.8X1012A/S以上.PCSS器件进入Lock_On效应区的条件 不是孤立的，研究发现 当GaAs PCSS的偏置电场强度和入射光脉冲能量都大于触
4、发阈值时, 开关被触发进入Lock_On模式区 触发光能、电场阈值的范围为：电 场强度为4-30Kv/cm,对应的触发光能：1.6mJ-2p J.开关电流脉冲的 上升时间与触发光脉冲宽度、偏置电压有关.电场强度和入射光能量有关.分别用光斑覆盖两电极的均匀射触 发和用透镜聚焦加光阑实现点触发的实验表明，在相同的偏置电场 强度下，光脉冲的点触发方式比均匀照射触发方式所要求的最低触 发光能要小.此外,GaAs PCSS还存在掣住效应：GaAs PCSS被触发而进入 Lock_On状态时，开关两端的电压（开关电场）降至一个非零的恒定 数值.即使触发光脉冲撤去后，开关也将连续保持低阻导通状态而不 迅速恢
5、复其电阻.维持阶段正是指Lock_On电场的存在.GaAs PCSS 从强电场下的光注入引发进入维持阶段,入射光脉冲已消失，开关还 能维持高电导通道意味着继载流子的光注入产生后，又有新的载流子 的产生和倍增机理存在，形成维持阶段的高电导通道，但开关电场强 度却维持在恒定的数值Lock_On电场），这表明触发光脉冲消失后 载流子的高倍增机理依赖于维持电场的存在.当外电路使开关两端的 电场强度低于Lock_On电场强度时，开关立即恢复其高阻状态，恢复 时间由GaAs PCSS中载流子的寿命决定.笔者用全固态绝缘技术研制了横向型高压GAaAs光电导开关， 并对其光电性能进行了测试，结果表明，开关的暗
6、态维持电场强度达 35Kv/cm,输出电流脉冲无晃动，上升时间小于200“s,达亚纳秒量 级，峰值电流为560A,电磁脉冲重复率为108HZ量级测量了高倍 增开关的光电阈值曲线，其最小触发电场阈值大于或等于4.1Kv/cm 在强电场强度下的Lock_On效应的实验结果表明，触发激光脉冲消 失后仍存在载流子产生与倍增机理，电流脉冲上升时间明显小于载 流子以饱和速率在开关电极间的渡越时间，相当于载流子以108m/s 的速度穿越GaAs间隙，比强电场强度下载流子的饱和漂移速率大一 个数量级PCCS的触发电场强度阈值大于开关材料的负微分迁移率 区的电场强度阈值（耿氏电场强度）用不同工艺制备的GaAs材料 的耿氏电场强度阈值有所不同，一般在3.2 - 3.9Kv/cm之间，均小于 最小触发电场阈值.
