透明半导体铟锡氧化物(ITO)作为电极能够降低光导开关电极边缘电流集聚效应和提高脉冲激光的利用率。本文通过在ITO与GaN界面之间分别插入10 nm的Ti与TiN, 研究Ti、TiN对ITO与GaN欧姆接触性能的影响。I-V测试结果表明, 随着退火温度升高, 插入TiN的光导开关一直保持欧姆接触特性, 而插入Ti的光导开关由欧姆接触转变为肖特基接触。通过TEM测试发现, 当以Ti作为插入层时, ITO通过插入层向插入层与GaN的界面扩散, 在接触界面形成Ti的氧化物及空洞。透射光谱显示, 不同退火温度下插入Ti层的透过率均低于38.3%, 而以TiN作为插入层时透过率为38.8%~55.0%。因此含有TiN的光导开关具有更稳定的电学性能和更高的透过率, 这为GaN光导开关在高温高功率领域的应用提供了参考。

漏电流问题限制了传统半绝缘氮化镓光电导开关的高压应用。提出在半绝缘GaN∶Fe衬底(激光触发区)上增加n型外延层并在其中构造垂直双扩散场效应晶体管元胞阵列(电触发区),即在传统纵向光电导开关结构上引入了一个由栅压控制的反向pn结,利用空间电荷区对载流子的耗尽作用降低半绝缘材料的漏电流。器件建模仿真显示,电、光触发区能合理分担10 kV外加偏置电压,在相同的电场偏置强度下,器件的漏电流低于传统光电导开关两个数量级,而且在绝缘栅开通过程中电触发区偏压能快速转移到光触发区,使光触发区在更高的动态偏置电场下被激光脉冲触发,提高了激光能量利用率。此外,计算分析了激光参数与器件输出特性之间的关系,以进一步提高激光利用率。

碳化硅作为第三代宽禁带半导体的核心材料之一, 相对于传统的硅和砷化镓等半导体材料, 具有禁带宽度大、载流子饱和迁移速度高, 热导率高、临界击穿、场强高等诸多优异的性质。基于这些优良的特性, 碳化硅材料是制备高温电子器件、高频大功率器件的理想材料。近年来在碳化硅材料生长和器件制备方面取得重大进展, 对碳化硅材料特性和生长方法进行回顾, 并研究了碳化硅光导开关偏压、触发能量、导通电流之间的关系, 以及开关失效情况下电极表面的损伤情况。

Synchronization for multiple-pulse at nanosecond range shows a great value on the power multiplication and synchronous electric fields applications. Nanosecond or sub-ns jitter synchronization is essential for the improved working efficiency of the large amounts of pulse modules and accurate requirements for the power coherent combining applications. This paper presents a trigger generator based on a laser diodetriggered GaAs photoconductive semiconductor switch (PCSS) with low jitter and compact size characteristics. It avoids the high currents that are harmful to high-gain mode PCSSs. In the trigger circuit, a 200 pF capacitor is charged by a microsecond-scale 18 kV pulse and then discharged via the high-gain mode GaAs PCSS to trigger the high-power trigatron switch. When triggered by the ~10 ns pulse generated by the PCSS, the DC-charged trigatron can operate in the 20e35 kV range with 10 ns rise time and 1 ns delay-time jitter.

为了实现光导开关以MHz重复频率运行，设计了通过延迟产生MHz序列重复频率触发光的分光系统。分光系统由多根类蜂窝状排布的光纤组成并分为数组，各组光纤长度不同以产生时间序列。进行了光纤分光系统的理论计算，设计了分组程序，获得了各根光纤的输出端能量占比，实现了光纤输出端的分组设计优化。计算结果表明：当分光系统半径与激光器焦斑之比增大时，分光系统效率增高，达到一定数值后，分光系统效率趋于稳定；当激光器焦斑大小不变时，光纤层数增大，分光系统效率变小；当触发光脉冲数不变时，在一定范围内，光纤层数增大，输出端激光能量的最大相对误差变小。实验结果表明：四脉冲10 MHz分光系统实现了周期为100 ns的4个光脉冲输出，输出端能量最大相对误差6.80%，系统效率为38.07%。

研究了一种新型大功率激光脉冲二极管的输出特性, 该激光二极管主要用于触发工作在高增益模式下的砷化镓光导开关。研制了基于射频金属-氧化物半导体场效应管的激光二极管驱动电路, 可以为激光二极管提供上升沿、半高宽和峰值电流分别为4 ns,20 ns和130 A的脉冲驱动电流。研究了激光二极管输出的激光脉冲波形、能量、功率、光场分布等特性, 并在Blumlein传输线结构中, 研究了该大功率激光脉冲二极管的输出特性对工作于高增益模式下的光导开关的导通电阻、开关抖动等主要导通性能参数的影响规律。实验结果表明, 激光脉冲的能量和功率越大, 光斑面积越大、分布越均匀, 在相同偏置电压条件下, 光导开关的导通性能越好。

利用能量较低的脉冲激光二极管, 在较高场强下触发GaAs光导开关, 使其工作于雪崩模式, 从而产生纳秒上升前沿的快脉冲电压。GaAs光导开关采用垂直体结构设计, 芯片厚度为2 mm, 电极形状分别为圆环和圆面, 触发光脉冲从圆环穿过。快脉冲产生由同轴Blumlein脉冲形成线完成。对基于GaAs光导开关的同轴Blumlein脉冲线进行了模拟仿真和实验, 当充电电压超过8 kV(40 kV/cm)后, 开关开始了雪崩工作模式。当充电电压约为15 kV(75 kV/cm)时, 在50 Ω负载上获得了约11 kV的脉冲电压, 实验波形与仿真波形一致。对开关抖动进行了测试, 其测试结果显示开关充电电压对抖动影响很大, 随着开关偏压增加, 开关抖动减小, 开关获得了最小抖动约700 ps。