基于SI-GaAs自击穿样品产生高压重频纳秒脉冲的研究

发布时间：2020-04-18 14:41

【摘要】：脉冲功率技术中最主要的器件之一为开关,在一定程度上,开关性能决定系统整体性能。长寿命、全固态、高重频是当前开关器件的主流发展趋势。在此领域上,研究人员不断探索开关技术,研发新型开关器件,使脉冲功率技术快速发展,并在电磁脉冲、核物理乃至民用等领域得到了一定的应用。我们在对SI-GaAs击穿强度测试的研究中发现,具有异面非对称电极的SI-GaAs样品能在较低的电场条件下击穿,输出高压纳秒电脉冲,并在击穿后持续导通并维持一定的锁定电场。样品的这种击穿过程可重复,有望形成一种新型的高压纳秒脉冲开关器件。在对这种击穿现象实验研究的基础上,对SI-GaAs自击穿样品产生高压纳秒电脉冲进行了三个方面的实验研究:1.基于MOSFET控制,实现了SI-GaAs样品的可控重频运行在自击穿样品基本特性研究的基础上,设计了三种基于高压MOSFET的实验方案,实现了SI-GaAs自击穿样品在MOSFET控制下的重频运行。在电源电压1500V条件下输出了重复频率3-10Hz可控,上升沿4.131ns,脉冲宽度34.2ns,电压幅值1248V的电脉冲;同时实验结果表明,SI-GaAs自击穿样品具有脉冲压缩功能。在此基础上,探究了不同储能电容对输出重复频率电脉冲的影响,储能电容值越小,产生的脉冲宽度越窄,上升沿越小,但电容太小会导致无法产生纳秒级电脉冲。2.实验研究了SI-GaAs样品自击穿延迟特性利用MOSFET控制电压加载,实验测定了SI-GaAs自击穿样品输出的高压纳秒电脉冲与所施加电压的延迟时间。实验表明SI-GaAs自击穿样品输出的纳秒级高压脉冲具有μs量级时间延迟。多次重复实验显示,延迟时间在一定范围内具有随机性。3.实验验证了SI-GaAs低阻导通状态的触发与击穿不同步。设计实验电路,首先对SI-GaAs样品施加高压,使其击穿。然后利用MOSFET控制放电回路限流电阻,发现在样品击穿后,如果放电回路电阻下降,样品能够输出正常的纳秒级高压脉冲。这证明样品的低阻导通状态并非来源于样品的初次击穿。最后,利用延迟特性和低阻状态触发特点,对SI-GaAs自击穿产生高压纳秒电脉冲现象部分特征进行了解释。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN78

【参考文献】

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本文编号：2632199