图1。1  Blumlein脉冲发生器

在1977年，科学家Lee制作出第一个砷化镓光导开关，它的衬底材料是Cr掺杂的半绝缘GaAs。他的研究结论表明，硅材料的载流子寿命很长，但它存在着热失控的缺点，和硅材料相比，砷化镓材料载流子寿命短，电子迁移率却很高，暗电阻率也更高，这让GaAs光导开关的响应更快，转换效率与耐压性也好［4］。2年后，直流偏置下耐压能力高达8千伏的开关被G。Mourou等人研制出来 [5］。砷化镓光导开关进入高功率领域开始于1984年，美国的Nunnally和Hammond等人利用GaAs PCSS研究出了高功率光导开关 [6]。3年后，Loubriel和Zutavern等人发现了砷化镓光导开关高增益工作模式的锁定(lock-on)现象[7-8]。非线性lock-on效应的发现，光导开关走向集成化，光导开关变得小而实用。 此后，人们开始着重研究lock-on效应。4年后，Donadson等人发现了砷化镓PCSS注流效应，研究发现了非线性PCSS中的注流现象，观察到了低场电流通道。1992年，在研究中发现，单个光子触发光导开关能够迸发104-105电子－空穴对，解释了非线性形式下砷化镓光导开关触发光能低的起因。第三代半导体材料SiC的功能是优于GaAs的，碳化硅材料得到了人们的普遍关注，1995年，Cho P S。研究制造出了横向构造的光导开关器件，第一次研制出用6H-SiC材料作基底的PCSS。光导开关的两种工作模式展现出了不同特征，线性模式的工作原理人们已理解，非线性却难以理解。2005年，Zhu K．等人在金半接触间增添了n型掺杂GaN层，成功减小了接触电阻，避免了电流堆积，提高了PCSS器件的性能。

近几十年来，人们对于砷化镓光导开关的研究已积累了大量的成果，然而，对于光导开关的物理机理研究，没有一个整体、一致的理论。

1。2   光导开关的研究现状与意义论文网

光导开关从问世开始，凭借良好的特性和应用潜力，一向广受人们关注。伴随光导开关的发展和探索，已取得令人注目的成绩。特别是对于PCSS线性工作模式下的研究，理论和应用方面取得了不错进展，PCSS不断走向实用。人们对非线性工作模式的理论研究也在展开，对PCSS的研究朝着更深层次进行。

1。2。1  理论与应用研究现状

光导开关的不断发展，它的理论研究有了进一步发展。目前为止，人们已了解线性工作模式的传导与工作原理，对一些实验现象也能作出明确解释。但是，我们对于非线性工作模式的工作机理仍没有更深的理解，也不能解释实验中观察到的各种现象。在非线性工作模式下，实验中人发现器件有锁定以及延迟效应，且要满足一定的条件，如电场和触发光能阈值。相比较于本征雪崩阈值，电场阈值要低接近一个数量级，相对于线性模式，导通所需的光能要小3至5个数量级。因而PCSS非线性模式的传导十分复杂。非线性工作模式下，触发所需的光能减少，这一优点让光导开关拥有巨大的应用潜力，也给制造超快固体高功率小型开关提供许多可能。自从上个世纪八十年代末被首次发现以来，一直是研究的热点，尽管人们已经进行了大量的实验研究与探索，目前还是没有一种理论可以非常全面地说明在非线性模式中所观察到的现象。如今，国外利用两个1KHz，90nJ，4。3ns脉宽的激光二极管激励100KV的GaAsPCSS， 1985年至今，利用光导开关器件，人们制作出了很多的冲击波发生器，在1994年，人们研制出了超宽带辐射阵列，相比SNOMAD V系统，它的最大瞬时电场高将近30倍，同时大小、质量、价格皆优于其他产品 [9]。总而言之，PCSS的应用已经非常广泛。

1。2。2  研究意义