电子论文：光控光导半导体开关.doc

光控光导半导体开关* 国家自然科学基金项目(69781002)
龚仁喜1)2)张义门2) 石顺祥2) 张玉明2)
1)广西大学电气工程学院南宁 530004 2)西安电子科技大学微电子所西安 710071
e-mail: jingronggong@
摘要本文简要地回顾了光导开关的发展历程,介绍了光导开关的基本工作原理,材料体系,两种工作模式,主要应用领域,发展过程中受到的主要限制及对策和发展趋势。
关键词光导开关材料应用发展工作模式
1. 引言
光电子技术、微波技术和激光技术的进步和相互结合,产生了一类能够工作在皮秒时域的高速、高频电子器件,以皮秒光电半导体结合超快脉冲激光器而形成的超快光控光导半导体开关(Optically Controlled Photoconductive Semiconductor Switch —PCSS)(简称光导开关)就是这类器件中最具代表性的一种。它具有响应速度快、触发无抖动、功率容量大、动态范围宽、不受电磁干扰、光电隔离好等优良特性,加上其耐高压和超大电流承载能力使之成为传统开关最有希望的换代器件。利用这种器件和超短激光脉冲可以检测材料和器件的瞬时特性、可以产生皮秒甚至亚皮秒超短电脉冲[1],这些超短电脉冲可作为THz微波源,在超宽带高分辨率冲激雷达、超宽带通讯、激光核聚变、高精度卫星定位和跟踪系统,导弹拦截系统,电子对抗及电子战系统和反“隐形”等高技术领域中有着十分诱人的应用前景。本文简要地回顾了光导开关的发展历程,介绍了光导开关的基本工作原理、材料体系、两种工作模式、主要应用领域、发展过程中受到的主要限制和对策以及发展趋势。
2. 光导开关的发展历程
PCSS是在皮秒光电导效应的基础上发展起来的一种新型半导体光电器件。,其响应时间也为皮秒量级[2]。1975年Auston等人首次使用硅光电半导体研制出用作电压脉冲开关和取样门的PCSS,并发表了皮秒激光源产生千伏纳秒电脉冲的PCSS论文[3]。:Cr PCSS,同时指出GaAs较Si更适合用作PCSS材料[4]。 1984年Nunnally等人利用GaAs PCSS产生了电压达100kV,电流达2kA,输出功率达80MW的超高功率电脉冲[5]。至此,PCSS开始进入大功率应用领域,并倍受半导体学界和光电学界的关注。然而直到八十年代后期,PCSS仍然主要是按所谓的光电导模式(或称线性模式)工作,PCSS的输出功率受到光脉冲的功率的限制。 等人发现当给GaAs 或InP PCSS加的电场和触发开关的光能都达到一定的数值时,在PCSS导通之后,只要外电路能够提供足够大的功率,即使在光脉冲撤去,PCSS仍然能维持其导通状态。并且在这种情况下,PCSS可以获得很高的增益,使PCSS导通所需的光能比低场时小3~5个数量级[6]。这种非线性高增益工作模式的发现,为PCSS的小型化,实用化,集成化提供了现实的可能性。从此,PCSS在微波,皮秒光电子学,脉冲功率领域的地位得到进一步的加强。国内对
PCSS的研究虽然起步较晚,但发展也很快,并取得了令人瞩目的成果。特别是最