【摘 要】
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光导开关由于具有重复频率高、闭合时间短、体积小重量轻、抖动时间小等优点,被广泛应用于脉冲功率领域。由于光导开关长时间在大电压条件下工作,对其耐压能力有严格的要求,其以证明阳极边缘电场集中是导致开关提前击穿的主要原因之一。基于该思想利用串联增强耐压性能的原理,以垂直结构开关为基础设计串联结构光导开关,以达到降低阳极边缘电场,提高开关耐压性能的效果。串联结构光导开关又分为三种形式,其一是重掺杂层式串联
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光导开关由于具有重复频率高、闭合时间短、体积小重量轻、抖动时间小等优点,被广泛应用于脉冲功率领域。由于光导开关长时间在大电压条件下工作,对其耐压能力有严格的要求,其以证明阳极边缘电场集中是导致开关提前击穿的主要原因之一。基于该思想利用串联增强耐压性能的原理,以垂直结构开关为基础设计串联结构光导开关,以达到降低阳极边缘电场,提高开关耐压性能的效果。串联结构光导开关又分为三种形式,其一是重掺杂层式串联结构光导开关,其原理为串联多个小尺寸的光导开关以提升耐压性能,并用重掺杂碳化硅层代替金属充当光导开关体内金属层。从重掺杂层的掺杂浓度、宽度、层数三方面探究对光导开关电极边缘电场和电流的影响,仿真结果表明掺杂浓度对电场和电流的影响最明显,重掺杂层数对电场影响的效果则需要许多层的叠加才能得以体现。对电场的影响主要体现在通过重掺杂层和轻掺杂层的界面电场对整体电场的影响。这种开关的优势在于保持通流能力的同时,一定程度上降低了阳极边缘电场。第二种串联结构为高反膜串联结构光导开关,通过高反膜遮挡激光照射的部分区域,导致开关体内形成交替的载流子浓度高和低的区域,载流子浓度低的区域电阻较大,开关体内的电场被分至该区域,这种开关的优势是能更有效地降低电极边缘电场,但缺点是通流能力大幅降低。第三种形式是组合层串联结构光导开关,把重掺杂层和高反膜组合起来,结合二种串联结构的优势,以得到更好的耐压性能。最终组合层串联结构光导开关在45 k V偏压下,电流值超过1.5 k A,体内峰值电场为1.69 MV/cm,而阳极边缘电场强度维持在1.33 MV/cm。
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