低光能触发的砷化镓光导开关导通机理

该文建立了砷化镓(GaAs)光导开关(PCSS)的一维器件仿真模型,研究了低光能触发条件下电流通道内关键物理参数的瞬态变化过程,提出了 GaAs PCSS的多雪崩电离畴物理模型,能够自洽地解释低光能触发、超快速导通和电压锁定等开关特征.GaAs PCSS受 12 W、905 nm脉冲激光触发后,电流通道内产生多个高场强(200～600 kV/cm)雪崩电离畴,雪崩电离畴随等离子体浓度的提高而发展、湮灭,导致开关延迟 3.0 ns后在 147 ps内超快速导通.开关导通后,电流通道内仍存在少量雪崩电离畴,使开关导通后电压锁定.雪崩电离畴运动导致 GaAs PCSS工作时出现ps级电流振荡现象,分析了振荡信号产生的物理原因.同时,开展了低光能触发条件下GaAs PCSS雪崩导通实验研究.结果表明,当采用 50 Ω固态脉冲形成线、4 mm间距异面结构、PCSS工作电压为 17.5 kV时,负载输出脉冲峰值功率达MW级,脉冲上升时间约为 620 ps,最高重频达到 20 kHz.