光導(dǎo)開關(guān)是一種利用半導(dǎo)體材料受到激光照射,產(chǎn)生光生載流子實(shí)現(xiàn)阻抗的急劇變換,從而使電路關(guān)斷或?qū)ǖ陌雽?dǎo)體開關(guān)。它具有光電分離、響應(yīng)快速、高重頻、高耐壓、皮秒時間精度、寄生參數(shù)小以及結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。為了研究測試光導(dǎo)開關(guān)樣品的實(shí)際工作性能,本文從光導(dǎo)開關(guān)的電學(xué)性質(zhì)入手,分析半導(dǎo)體光導(dǎo)開關(guān)工作環(huán)境的需求,搭建了一套光導(dǎo)開關(guān)測試平臺,并對光導(dǎo)開關(guān)工作狀態(tài)進(jìn)行仿真模擬,研究測試光導(dǎo)開關(guān)的各項(xiàng)工作參數(shù)。另一方面通過解決實(shí)驗(yàn)平臺搭建遇到的技術(shù)問題,對光導(dǎo)開關(guān)測試系統(tǒng)的性能做進(jìn)一步優(yōu)化。通過研究碳化硅和砷化鎵兩種光導(dǎo)開關(guān)材料的工作特性和工藝技術(shù),學(xué)習(xí)了解主流光導(dǎo)開關(guān)設(shè)計(jì)方案,分析光導(dǎo)開關(guān)測試平臺的功能需求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。選用了以半導(dǎo)體激光二極管作為觸發(fā)器件,Blumlein傳輸線作為系統(tǒng)輸出和光導(dǎo)開關(guān)的承載結(jié)構(gòu),詳細(xì)論述實(shí)驗(yàn)平臺電路組件的設(shè)計(jì)和解決問題的過程。半導(dǎo)體激光二極管替代傳統(tǒng)YAG激光器作為觸發(fā)器件,有著成本低、體積小的優(yōu)勢,其產(chǎn)生的激光脈沖足夠使光導(dǎo)開關(guān)導(dǎo)通。它的驅(qū)動電路包含儲能和控制兩個部分,驅(qū)動控制功能采用金屬氧化物半導(dǎo)體開關(guān)(MOSFET)實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)快速導(dǎo)通MOSFET來控制電容放電以及電路保護(hù)等功能,選取并分析了多種方案和元件,并通過仿真和實(shí)驗(yàn)對比做出了一定優(yōu)化。分析研究Blumlein傳輸線實(shí)現(xiàn)倍壓的工作原理,對光導(dǎo)開關(guān)的輸出結(jié)構(gòu)的寄生參數(shù)進(jìn)行了模擬仿真,使用CST軟件分析了不同材料襯底和不同尺寸對實(shí)驗(yàn)結(jié)果和輸出效率的影響。綜合寄生參數(shù)、襯底材料和結(jié)構(gòu)尺寸對輸出的影響,設(shè)計(jì)出了單層二倍壓的微帶Blumlein線,使用Altium Designer完成了傳輸線的實(shí)際制作。本文在完成電路系統(tǒng)和傳輸線結(jié)構(gòu)的加工和裝配工作后,對多個光導(dǎo)開關(guān)樣品進(jìn)行了觸發(fā)實(shí)驗(yàn),測試了平臺實(shí)際工作性能,包括穩(wěn)定性和可操作性等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題對平臺結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)得到了光導(dǎo)開關(guān)樣品在線性與非線性工作狀態(tài)下較為穩(wěn)定的輸出波形,并在重頻狀態(tài)下記錄了光導(dǎo)開關(guān)的工作性能和樣品的外觀。完成了光導(dǎo)開關(guān)測試平臺的基本功能,并得到了較為可信的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM564;TN304
【部分圖文】：

研究背景及意義技術(shù)是一種通過脈沖激光觸發(fā)半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通的新于產(chǎn)生大功率的脈沖輸出，能夠作為高功率脈沖源的本質(zhì)是將已經(jīng)儲滿能量的電容器高速可控地釋放可控聚變、高功率微波武器的興起得到了快速發(fā)展使用的半導(dǎo)體材料在接收到光或其他輻射能量后會體材料的超快速阻抗轉(zhuǎn)換，從而導(dǎo)通和斷開所在電應(yīng)、高重復(fù)頻率、光電隔離、寄生參數(shù)小以及納秒以用在多種領(lǐng)域，例如超寬帶脈沖技術(shù)、太赫茲技。眾多開關(guān)器件中有著明顯的優(yōu)勢，相比于可控硅（應(yīng)晶體管（MOSFET）、可關(guān)斷半導(dǎo)體晶閘管（GT）等開關(guān)器件在開關(guān)速率和功率方面有著如圖 1-1 所

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 1994 年，電子科技大學(xué)阮成禮教授帶領(lǐng)的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)就研發(fā)出了基關(guān)的皮秒量級超寬帶脈沖源，用以研制新型超寬帶雷達(dá)系統(tǒng)[16]。2 GaAs 與 InP 光導(dǎo)開關(guān)的導(dǎo)通特性，并得出這兩種材料制得的光導(dǎo)皮秒量級的響應(yīng)速度[17]。2008 年，對光導(dǎo)開關(guān)非線性工作機(jī)制進(jìn)行了以疇電子崩為理論基礎(chǔ)的流注物理模型[18]。安理工大學(xué)的施衛(wèi)教授團(tuán)隊(duì)[19-23]研究對比了多種光導(dǎo)開關(guān)方案，出脈沖寬度為亞納秒的光導(dǎo)開關(guān)，并以此針對多個領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用安光學(xué)精密機(jī)械研究所和西安電子科技大學(xué)以光導(dǎo)開關(guān)的激光驅(qū)導(dǎo)開關(guān)導(dǎo)通瞬時特性及物理機(jī)理為側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行研究[24-33]。

Blumlein線輸出電壓波形對比圖

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2832960