碳化硅光導開關(guān)的初步研究.pdf

1、由于寬帶隙碳化硅材料具備高的擊穿場強、大的載流子飽和速率、大的熱傳導率和高溫工作穩(wěn)定性等優(yōu)點，工作在線性模式下的碳化硅光導開關(guān)，在緊湊、固態(tài)和高重頻脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域中日益受到重視。為了探討碳化硅光導開關(guān)的脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域的大功率應用，本文研究了碳化硅光導開關(guān)的物理機理，重點針對釩摻雜6H-SiC材料的光導開關(guān)進行半絕緣特性和導通性能的分析，得出適宜碳化硅光導開關(guān)的工作方案和設(shè)計原則。論文的主要內(nèi)容為：
　　1、理論分析了在半絕緣碳

2、化硅材料雜質(zhì)能級中，氮能級是淺施主而釩能級是深受主，它們的濃度對材料特性起的支配作用。為保持開關(guān)暗態(tài)的高阻性，釩濃度應大于氮的濃度的兩倍以上。但為保證光導開關(guān)導通能力，減小導通電阻，又需要適當減少釩濃度以增加載流子壽命。
　　2、利用半導體TCAD軟件，基于漂移-擴散理論，建立了釩摻雜6H-SiC材料光導開關(guān)同面電極和正對電極結(jié)構(gòu)的器件模型，驗證了理論分析中釩、氮濃度對開關(guān)半絕緣特性和導通性能的影響，以及開關(guān)材料在生長中需要控制適

3、宜的釩、氮濃度。對在532 nm激光觸發(fā)下的仿真結(jié)果表明：載流子速率在強場下達到飽和，并且電流電場在主要電流區(qū)域沿著垂直于激光輻照方向均勻分布。
　　3、根據(jù)仿真結(jié)果，化簡得到碳化硅光導開關(guān)電阻的一般表達式，基于此建立了碳化硅光導開關(guān)的PSpice電路模型。利用模型分析討論了外電路參數(shù)對該碳化硅光導開關(guān)導通過程的影響，提出在開關(guān)測試電路中，應當保證足夠大的儲能電容和盡量小的回路電感，并選擇具備小寄生電容以及較大阻值的負載電阻。

4、r>　　4、設(shè)計搭建了光導開關(guān)實驗平臺。對同面電極結(jié)構(gòu)釩摻雜6H-SiC半絕緣材料的光導開關(guān)進行了暗電阻實驗測試，其暗態(tài)電阻高達2.4×1011?；在偏置電壓5.5 kV，532 nm波長激光脈沖能量124 mJ工作條件下，重頻實驗結(jié)果驗證了光導開關(guān)工作波形的一致性，開關(guān)抖動在百皮秒量級，實驗得到的光導開關(guān)最小導通電阻為720?，光觸發(fā)前后開關(guān)電阻比達到3.3×108。實驗還開展了對一種正對電極結(jié)構(gòu)光導開關(guān)的測試，該開關(guān)最小導通電阻的最