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基于GaAs光导开关和火花隙的新型组合开关实验及机理分析

作　者: 张林青
导　师: 施卫
学　校: 西安理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: GaAs光电导开关火花隙开关光激发电荷畴快电子逃逸
分类号: TN25
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 21次
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内容摘要

本文基于GaAs光电导开关(Photoconductive Semiconductor Switch:PCSS)和火花隙开关各自特性,介绍一种新型组合开关。新型组合开关结合一个传统GaAs PCSS和一个火花隙开关。GaAs PCSS作为火花隙开关的触发开关有其自身的优势：超快脉冲上升沿、高峰值电流、对激光触发脉冲快速响应。快速上升的高电压脉冲作为气体开关的触发脉冲,可以提高气体开关性能：输出脉冲上升沿更快、电流脉冲峰值更高,触发抖动减小,时间延迟减小,提高开关导通速度,还可以进一步实现高重复频率脉冲输出。本文通过对光电导开关和气体开关各种导通机理的分析,找出适合于新型组合开关的理论模型：光激发电荷畴模型和快电子逃逸模型。在组合开关理论分析的基础上,将两种开关组合方式以不同方式组合,在不同的实验参数下进行实验。其中,同轴线火花隙组合开关取得了很好的实验结果。在同轴线火花隙开关实验中,GaAs PCSS作为火花隙开关的触发开关,在短时间内提供了大于2倍火花隙自击穿电压场强的脉冲输入,这有利于火花隙开关中等离子通道建立；同时开关输出脉冲峰值比同等条件下单一GaAs PCSS输出脉冲峰值高出至少35%。基于光激发电荷畴模型和快电子逃逸模型,本文对于组合开关中GaAs PCSS和火花隙开关的导通机理做了定性的分析。由于在GaAs PCSS导通过程中其偏置电压迅速转移到火花隙开关上,GaAs电场迅速降低,此时GaAs PCSS并没有继续保持在非线性模式,所以组合开关也是一种提高GaAs PCSS使用寿命的方法。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 前言  8-13
  1.1 气体开关  9
  1.2 半导体开关  9-11
  1.3 液体开关  11-12
  1.4 论文研究目标和主要内容  12-13
2 开关导通机理  13-27
  2.1 GaAs光电导开关  13-19
    2.1.1 光电导开关线性工作模式  13-14
    2.1.2 光电导开关非线性工作模式  14-15
    2.1.3 光激发电荷畴模型  15-18
    2.1.4 光电导开关非线性模式改进  18-19
  2.2 气体放电机理  19-26
    2.2.1 几种气体放电机理简介  19-20
    2.2.2 快电子逃逸模型  20-26
    2.2.3 气体开关触发脉冲源改进  26
  2.3 本章小结  26-27
3 新型组合开关实验  27-39
  3.1 实验设备  27-29
    3.1.1 GaAs光电导开关结构  27-28
    3.1.2 火花隙开关结构  28-29
    3.1.3 放电电压电流测量  29
  3.2 三种开关组合方式  29-32
    3.2.1 同轴线火花隙组合开关  29-30
    3.2.2 微带线火花隙组合开关  30-31
    3.2.3 场畸变火花隙组合开关  31-32
  3.3 组合开关重要参数及影响因素  32-38
    3.3.1 火花隙开关击穿电压和击穿场强  32-33
    3.3.2 火花隙击穿时延和间隙导通时间  33-34
    3.3.3 火花隙通道电阻  34-35
    3.3.4 触发脉冲上升沿对火花隙放电影响  35-36
    3.3.5 光电导开关时变电阻  36-38
  3.4 本章小结  38-39
4 新型组合开关实验结果及分析  39-49
  4.1 同轴线火花隙组合开关实验结果与讨论  39-46
    4.1.1 与传统GaAs光电导开关比较  39-41
    4.1.2 实验规律  41-44
    4.1.3 流注判据  44-45
    4.1.4 组合开关导通机制  45-46
  4.2 阴极微带线火花隙实验结果与讨论  46-48
  4.3 本章小结  48-49
5 结论  49-50
  5.1 本文研究工作总结  49
  5.2 未来工作展望  49-50
致谢  50-51
参考文献  51-55
附录  55

基于GaAs光导开关和火花隙的新型组合开关实验及机理分析

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