本文格式為Word版，下載可任意編輯——基于半導(dǎo)體開關(guān)皮秒脈沖發(fā)生器的研制

材料電導(dǎo)率的操縱實(shí)現(xiàn)開關(guān)的關(guān)斷和導(dǎo)通。PCSS具有響應(yīng)速度快（小于0.6ps），重復(fù)率高（GHz量級(jí)）、易于精確同步（觸發(fā)晃動(dòng)僅ps量級(jí)）、不易受電磁干擾（光電隔離）、耐高壓、寄生電感電容小、布局簡(jiǎn)樸生動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。隨著研究的不斷深入，至今已能利用光導(dǎo)開光技術(shù)研制太赫茲脈沖發(fā)生器，結(jié)合fs激光觸發(fā)，光導(dǎo)開光可以產(chǎn)生高功率皮秒脈沖和脈寬在ps量級(jí)的電磁輻射，擁有從接近直流到THz級(jí)的超寬頻帶，為超寬帶雷達(dá)的實(shí)現(xiàn)供給了可能。

GaAs光電導(dǎo)開關(guān)是由脈沖激光器與半絕緣GaAs相結(jié)合形成的器件，如圖1所示，基于內(nèi)光電效應(yīng)工作原理。

（一）光導(dǎo)開光布局

常見的光導(dǎo)開關(guān)布局有橫向布局、平面布局和相對(duì)電極布局。根據(jù)光電導(dǎo)開關(guān)的偏置電場(chǎng)和觸發(fā)光脈沖的入射方向關(guān)系可將開關(guān)分為橫向開關(guān)和縱向開關(guān)兩種根本布局，如圖2所示。當(dāng)觸發(fā)光脈沖入射方向與開關(guān)偏置電場(chǎng)方向相互垂直時(shí)，為橫向布局的光電導(dǎo)開關(guān)。當(dāng)觸發(fā)光脈沖入射方向與開關(guān)偏置電場(chǎng)方向相互平行時(shí)，為縱向布局的光電導(dǎo)開關(guān)。

橫向光電導(dǎo)開關(guān)光作用區(qū)域面積大。無(wú)論光的吸收深度是幾微米還是幾百微米，全體光都被激活區(qū)吸收。在線性模式平勻光照條件下，開關(guān)的峰值電流、上升時(shí)間和脈寬僅僅憑借于觸發(fā)光脈沖的幅值、脈寬、載流子復(fù)合時(shí)間和開關(guān)所處電路布局。橫向光電導(dǎo)開關(guān)的缺點(diǎn)是在工作時(shí)，由于偏置電場(chǎng)穿通開關(guān)整個(gè)外觀，從而使得開關(guān)的外觀擊穿場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)小于材料的本征擊穿強(qiáng)度。開關(guān)往往會(huì)展現(xiàn)外觀閃絡(luò)或沿面放電等現(xiàn)象，從而大大限制了開關(guān)的耐壓才能和功率容量。

縱向布局開關(guān)可以裁減開關(guān)外觀電場(chǎng)，從而提高開關(guān)的擊穿電壓。但這種開關(guān)的主要缺點(diǎn)是開關(guān)至少需要一個(gè)通明電極，而這種通明電極的制作工藝分外繁雜。此外開關(guān)芯片的吸收深度對(duì)開關(guān)的瞬態(tài)特性有較大影響。

橫向開關(guān)和縱向開關(guān)各有優(yōu)缺點(diǎn)，概括選用哪一種布局的開關(guān)，要根據(jù)開關(guān)的概括應(yīng)有來(lái)抉擇。由于橫向光電導(dǎo)開關(guān)制作簡(jiǎn)樸，有較大光照面積和電導(dǎo)通道，可以用較寬波長(zhǎng)范圍的光來(lái)觸發(fā)，因而在制作大功率光電導(dǎo)開關(guān)時(shí)主要采用橫向布局的開關(guān)。

（二）光導(dǎo)開關(guān)半導(dǎo)體材料

光導(dǎo)開關(guān)的進(jìn)展與半導(dǎo)體材料技術(shù)的進(jìn)展緊密相關(guān)。在半導(dǎo)體材料的進(jìn)展過程中，一般將以硅（Si）為代表的半導(dǎo)體材料稱為第一代半導(dǎo)體材料；將以砷化鎵（GaAs）為代表的化合物半導(dǎo)體稱為其次代半導(dǎo)體材料：將以碳化硅（SiC）為代表的寬禁帶化合物半導(dǎo)體稱為第三代半導(dǎo)體材料。與之相對(duì)應(yīng)，相繼展現(xiàn)了Si光導(dǎo)開關(guān)、GaAs光導(dǎo)開關(guān)和SiC光導(dǎo)開關(guān)。

Si光導(dǎo)開關(guān)，由于Si禁帶寬度窄，載流子遷移率低等特點(diǎn)不適合制作超快大功率光導(dǎo)開關(guān)；GaAs光導(dǎo)開關(guān)，雖然GaAs的大暗態(tài)電阻率和寬禁帶有利于制作大功率器件，但由于GaAs熱導(dǎo)率低、抗高輻射性能較差，運(yùn)行過程中輕易展現(xiàn)熱奔和鎖定效應(yīng)，限制了GaAs光導(dǎo)開關(guān)窄高溫、高重復(fù)速率、高功率和高輻射環(huán)境中的使用；SiC光導(dǎo)開關(guān)可以將觸發(fā)光的才能大大降低，但其在高電壓下輕易擊穿，在高重復(fù)頻率下輕易展現(xiàn)熱擊穿，且只能工作在線性模式下。

二、皮秒脈沖源

工程主要任務(wù)就是研制一個(gè)高穩(wěn)定度快脈沖源裝置，該裝置的主要功能是：接到系統(tǒng)給出的觸發(fā)指令后，開啟電光開關(guān)，輸出脈寬約為2ns的光脈沖，驅(qū)動(dòng)光導(dǎo)開關(guān)輸出高壓脈沖信號(hào)。要求輸出的高壓脈沖信號(hào)前沿小于200ps，幅度為3～5kV，系統(tǒng)晃動(dòng)時(shí)間不大于250ps。

本方案的根本工作原理如圖3所示：利用高壓電源對(duì)儲(chǔ)能電容充電，充電完成后，激光器在接到觸發(fā)脈沖指令時(shí)，發(fā)出脈寬為2ns的光脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)光導(dǎo)開關(guān)，儲(chǔ)能電容內(nèi)存儲(chǔ)的能量通過光導(dǎo)開關(guān)釋放到取樣電阻上，輸出高壓脈沖信號(hào)。

本工程技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)主要在于兩個(gè)方面：a.主脈沖波形的質(zhì)量，包括主脈沖的峰值、脈寬、前后沿以及穩(wěn)定性；b.觸發(fā)脈沖至主脈沖1的時(shí)間間隔T1的穩(wěn)定性。為了獲得得志技術(shù)指標(biāo)要求的主脈沖信號(hào)，主放電回路擬采用光導(dǎo)開關(guān)對(duì)貯能元件舉行放電。由于光導(dǎo)開關(guān)具有高速導(dǎo)通和關(guān)斷、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，只要選擇適合的根本回路參數(shù)可以確保獲得高質(zhì)量的得志指標(biāo)要求的主脈沖信號(hào)。電路根本參數(shù)仿真機(jī)波形如圖4、5、6所示。

三、結(jié)論

光導(dǎo)開關(guān)在