基于动态分压原理实现光电导开关高倍增猝灭工作模式

光电半导体开关的高倍增猝灭工作模式是指在极短的时间内（ps～10ns量级）猝灭引起载流子高倍增的雪崩发光电荷畴。这种新工作模式既具有高倍增模式特有地可弱光触发、上升沿速度快等优点，又具有线性模式特有地重复工作频率高、使用寿命长等优点。.本课题首先研究不同材料光电导开关的雪崩发光畴猝灭电压阈值及其影响因素，为高倍增猝灭模式光电导开关器件及其电路的优化设计提供可靠依据。然后设计实现一种具有多晶体层结构的新型光电导开关器件，辅以特殊的光电触发顺序，能够自发地瞬态调整电压分布，使得各晶体层之间互相猝灭雪崩发光畴，从而实现高倍增猝灭工作模式。最后在系列实验研究的基础上，找出输出电脉冲特性与该开关器件结构及参数、多光路触发顺序及光能的关系，完成开关的优化设计。由于这种猝灭行为源于器件自身的结构特点，不需要人为控制，因此不会增加外电路的复杂度。

光电导开关（photoconductive semiconductor switch，PCSS）是超快脉冲激光器与光电半导体相结合的一类新型器件，在超高速电子学、脉冲功率技术、THz技术等领域具有广阔的应用前景。特别是当需要兼顾输出电脉冲的超快上升沿、无触发抖动、超短脉宽、高重复频率、高功率、抗电磁干扰等方面时，光电导开关是众多功率开关中的最优选择。由砷化镓材料制作的光电导开关有两种传统工作模式（线性和高倍增工作模式），本课题提出了一种新的工作模式——高倍增猝灭工作模式，是指在极短的时间内（ps～10ns量级）猝灭引起载流子高倍增的雪崩发光电荷畴。这种新工作模式既具有高倍增模式特有地可弱光触发、上升沿速度快等优点，又具有线性模式特有地重复工作频率高、使用寿命长等优点。本课题首先提出了测算光电导开关维持高倍增模式所需最小电场的一种方法，然后通过实验证明了GaAs：EL2材料制作的光电导开关存在高倍增猝灭阈值（3.64±0.18 kV/cm，与实验条件无关）。因为该阈值约等于转移电子效应的阈值，所以它有力地证明了“光激发电荷畴”理论模型的正确性。在此基础上，设计并实现了一种具有双晶体层结构的新型光电导开关器件，它基于动态分压控制原理使得晶体层之间互相猝灭雪崩发光畴，由于这种猝灭行为源于器件自身的结构特点，不需要人为控制，因此不会增加外电路的复杂度。最后探索了基于储能电容残压控制原理实现高倍增猝灭模式的若干技术方案。