基于碳化硅等离子体器件的功率脉冲锐化技术

利用Sentaurus搭建了碳化硅漂移阶跃恢复二极管(DSRD)与雪崩整形二极管(DAS)全电路仿真模型,研究了碳化硅等离子体器件在脉冲锐化方面的能力,并且通过器件内部等离子浓度分布解释了这两种器件实现脉冲锐化的机制。借助碳化硅DSRD可以将峰值超过千伏的电压脉冲的前沿缩短到300 ps;碳化硅DSRD与DAS的组合可以输出脉冲前沿在35 ps、峰值超过2 kV的电压脉冲。仿真与实验发现当触发脉冲与碳化硅DAS匹配时,可以实现快速开启后快速关断,得益于碳化硅DAS这种神奇现象,可以将峰值在两千伏以上脉冲的半高宽缩小到百皮秒量级;通过频谱分析发现脉冲经过DAS整形后,其最高幅值−30 dB对应的频谱带宽扩大了37倍,达到7.4 GHz。

一种可调延时超窄脉冲触发序列产生技术

为了实现高频信号在欠采样条件下的波形重构,递进延时超窄触发信号的产生成为顺序等效采样技术用于触发取样系统进行高频信号采样的关键。为此,设计了一种可编程延时触发序列产生及调理电路,在FPGA数字电路的控制下,通过计数器与延时模块产生可调延时触发序列,利用阶跃恢复二极管特性对产生的触发序列进行调理,产生一种延时步进可调、边沿极窄的脉冲信号。通过对该电路进行测试,结果表明,输出脉冲信号步进范围0~-2.4 ns可调,分辨率可达1 ps,且边沿跳变时间可以达到120 ps内,幅度可达到8 V左右。该延迟脉冲和调理电路可应用于通信、雷达等信号探测设备中,对于高频信号的获取与分析具有重要意义。

组分阶梯InGaN势垒对绿光激光二极管光电性能的影响

为探究不同铟(In)组分In_(x)Ga_(1-x)N势垒对绿光激光二极管光电性能的影响,本文采用SiLENSe(simulator of light emitters based on nitride semiconductors)仿真软件对一系列具有不同In组分In_(x)Ga_(1-x)N势垒的激光二极管进行研究,结果发现In_(x)Ga_(1-x)N势垒中In组分最佳值为3%,此时结构的斜率效率最高,内部光学损耗最低,光学限制因子最大,性能最优。在具有In_(0.03)Ga_(0.97_N势垒的多量子阱结构基础上,设计了一种组分阶梯(composition step-graded,CSG)InGaN势垒多量子阱结构,提高了激光二极管的斜率效率和电光转换效率,增加了光场限制能力。仿真结果表明,当注入电流为120 mA时,具有CSG InGaN势垒的多量子阱结构,电光转换效率从17.7%提高至19.9%,斜率效率从1.09 mW/mA增加到1.14 mW/mA,光学限制因子从1.58%增加到1.62%。本文的研究为制备高功率GaN基绿光激光二极管提供了理论指导和数据支撑。

α-Ga_(2)O_(3)基SBD场板结构与电流台阶的关联研究

作为典型的超宽禁带半导体,氧化镓(Ga_(2)O_(3))逐渐以新型功率器件优选材料的身份成为研究热点。近年来它的亚稳态α相因具有相对最宽的带隙,且与蓝宝石、氮化镓相似的六角晶格而受到关注。研究了α-Ga_(2)O_(3)基肖特基二极管器件,在TCAD仿真结果中发现反向偏置的I-V特性中出现了电流台阶。通过调节可能影响电流台阶的主要因素:漂移区厚度、掺杂浓度和场板结构,发现击穿特性中的电流台阶随着漂移区厚度的增加而变长,但对掺杂浓度变化的依赖性较弱,解释了漂移区在反偏电场作用下的耗尽过程是电流台阶的产生机制。采用分段场板结构可以优化漂移区的电场分布并提高器件击穿电压,器件击穿的最大电场强度超过10 MV/cm。对电流台阶机制的分析结果有助于抑制器件泄漏电流,提高耐压范围。

距离选通成像系统中短脉冲激光驱动技术研究

基于单光子探测的距离选通成像系统中,需发射短脉冲激光并进行发射器和接收器之间的同步控制,使探测器工作在光子计数模式并在时间上进行积分,以完成成像操作。为了获得满足系统要求的短脉冲激光,同时减小系统体积、降低系统成本,本文提出将基于射频双极晶体管和基于阶跃恢复二极管SRD(结合短路传输线)两种产生窄脉冲电路应用于单光子距离选通成像系统。介绍了二者的原理与设计方法,进行了仿真验证、实物制作及测试,对脉冲发生器的特点、影响脉宽幅值的因素进行了分析。实物测试结果表明,基于晶体管方式可以产生上升时间为903.5 ps、下降时间为946.1 ps、脉冲宽度为824 ps、幅度为2.46 V的窄脉冲。基于SRD方式可以产生上升时间为456.8 ps、下降时间为458.3 ps、脉冲宽度为1.5 ns、幅度为2.38 V的窄脉冲,二者重复频率皆可达到50 MHz。利用这两种设计方法的任何一种配合外部电流驱动激光二极管都能够获得性能优良的短脉冲激光输出。

一种基于SIC DSRD脉冲功率系统的优化方法

从脉冲功率系统优化的角度,提出了漂移阶跃恢复二极管(drift step recovery diodes, DSRD)器件的最优面积选取方法,建立了单开关DSRD驱动电路的线性拟合解析模型;结合SiC材料短空穴寿命的特性,提出了SiC基DSRD驱动电路参数的优化方案;基于该方案研制了采用SiC DSRD的脉冲功率源。实验结果表明,匹配负载为50Ω时,研制的脉冲功率源能输出760 V的峰值电压,脉冲上升沿达810 ps,且不存在单脉冲下的多次触发现象。该脉冲功率源输出脉冲前沿在亚纳秒量级,且波形稳定性好,脉冲源体积小,能应用于小型化超宽带电磁脉冲发生器。

880nm半导体激光器列阵及光纤耦合模块

为了使半导体激光泵浦Nd∶YVO4固体激光器能获得大功率、高光束质量、线偏振的激光输出,利用PICS3D软件设计了InGaAs/GaAs应变量子阱结构,制作了发射波长为880 nm的大功率半导体激光器列阵。该激光器列阵激射区单元宽为100μm,周期为200μm,填充因子为50%,激光器列阵CS封装模块室温连续输出功率达60.8 W,光谱半高全宽(FWHM)为2.4 nm。为进一步改善大功率半导体激光器列阵的光束质量,增加半导体激光端面泵浦功率密度,采用阶梯反射镜组对880 nm大功率半导体激光器列阵进行了光束整形,利用阶梯镜金属表面反射率受近红外波长变化影响小的特点,研制出高稳定性、大功率光纤耦合模块。模块输出功率为44.9 W,光-光耦合效率达73.8%,尾纤芯径Φ为400μm,数值孔径(NA)为0.22。

一种超宽带、单周期窄脉冲产生技术

对SRD(阶跃恢复二极管)的电特性进行了分析,提出了一种基于SRD、肖特基二极管和微带短路线产生超宽带、单周期脉冲的方法,分析了影响单周期脉冲的关键元件,并进行了软件仿真,针对此电路得到了这样的结论:应选择尽可能大的激励电流和适中的激励电感,经测试单周期窄脉冲的脉宽为400 ps,峰峰值为900 mV,该单周期脉冲适用于超宽带通信和超宽带雷达系统中.

一种基于SRD和NLTL的皮秒级脉冲产生电路

提出了一种利用SRD产生窄脉冲信号的方法,对其产生窄脉冲的机理进行了分析和仿真,为了使得脉冲宽度变得更窄,电路采用了NLTL结构,拓展了SRD产生窄脉冲的应用,文中分析了NLTL的工作原理。设计了基于SRD和NLTL的皮秒级脉冲产生电路,给出了测试结果,脉冲宽度为110 ps,幅度为3 V。

基于漂移阶跃恢复二极管开关的脉冲源仿真计算

介绍了新型半导体开关漂移阶跃恢复二极管(DSRD)的工作原理和特性,总结了基于半导体开关器件的脉冲源的发展现状及应用。基于DSRD的等效模型,建立了其正反向泵浦电路的仿真模型,按照输出电压参数的要求,对主储能电感、初级储能电感的取值进行了仿真计算分析,并得到了主回路各元件参数的最优值。通过仿真分析了MOSFET漏源端寄生电容与限压并联电容对输出参数的影响,得到了限压并联电容最优值为0.2nF,通过计算与仿真得到隔直电容的最优值为100pF。研制了一款可连续输出的脉冲功率源,其重复频率为1 MHz,脉冲前沿等于680ps(20%~90%),电压幅值2kV,半高宽1.5ns。

高功率激光装置中超快电脉冲发生器的研究

报导了一种基于雪崩晶体管和阶跃恢复二极管的超快前沿、低触发晃动方波电脉冲产生技术.利用雪崩晶体管的电触发雪崩导通特性得到脉冲主体,再用阶跃恢复二极管的超快阶跃恢复特性对脉冲前沿整形,从而得到输出脉冲幅度23V、输出阻抗50Ω、脉冲前沿小于160ps的方波脉冲,脉冲触发晃动小于4.5ps(rms),脉冲宽度5ns,幅度稳定性优于3%,顶部不平坦度优于5%.该脉冲发生器在“神光Ⅲ”高功率激光原型装置前端系统中获得成功应用.

一种超宽带脉冲信号发生器的设计

介绍一种利用并联阶跃恢复二极管(SRD)产生超宽带窄脉冲信号的微带结构电路,该电路可产生宽度为1ns、重复周期为100MHz的窄脉冲信号,其峰值电压达10.44V。文章分析讨论了电路原理与设计方法,并重点研究了偏置电路与匹配电路的设计问题。测量结果显示该电路所产生的脉冲信号具有良好的波形,并且脉冲拖尾的振荡起伏很小,是一种适合于超宽带通信系统的窄脉冲信号形成电路。

用阶跃恢复二极管设计16次倍频器

利用阶跃恢复二极管的非线性特性设计并制作了一个16次倍频器,采用100MHz温补晶振提供输入信号,输出频率1.6GHz,输出功率10dBm,频谱纯度良好,该倍频器已经成功应用于某测试系统中。

一种新的阶跃恢复二极管建模方法及其在短脉冲产生电路中的应用

详细分析了阶跃恢复二极管(SRD)阶跃电压的产生过程和机理,提出了一种新的基于一个非线性电容和PN二极管并联的SRD模型。利用此模型对窄脉冲产生电路进行了仿真,分析了影响窄脉冲特性的主要因素,并从硬件上实现了窄脉冲仿真电路。经试验测试,脉冲宽度为230 ps、幅度为3.3 V时与仿真结果较吻合,验证了该模型的正确性。

大功率半导体激光列阵单光纤耦合技术

利用阶梯反射镜整形技术和偏振合束及波长合束技术成功将两只波长为808nm和两只波长为980nm的40W大功率半导体激光器光束进行混合,最后得到输出功率为95.8W、耦合效率为60%的双波长大功率半导体激光列阵单光纤耦合模块,光纤芯径为400μm,数值孔径为0.22.

基于场效应管与阶跃恢复二极管的皮秒级脉冲源设计

针对已有脉冲源无法兼顾脉冲宽度和幅值的现象,提出一种基于场效应管(MOSFET)和阶跃恢复二极管(SRD)相结合的皮秒级脉冲源设计方案。通过研究分析传统的几种脉冲源的设计方案,设计出一种百伏级的高重频皮秒级脉冲发生器,在PSPICE上对设计方案进行仿真并制作出脉冲源PCB板,实测在2MHz的重频下产生半幅脉宽约为400ps、幅度110V以上的极窄脉冲,波形稳定,为高分辨的超宽带探测雷达发射机的设计提供了新的选择方案。

利用阶梯镜进行半导体激光器光束整形及光纤耦合

文中首先从半导体激光器阵列的发光特性出发,采用阶梯镜对大功率半导体激光器阵列光束进行整形,最后得到一个纤芯为400μm,数值孔径为0.22的单光纤耦合模块,输出功率为33.7W,耦合效率为84.2%。

新型亚纳秒切断半导体开关器件研制

介绍了一种新型亚纳秒切断全固态高功率脉冲开关器件,阐述了其工作机理。该器件利用器件体内等离子体特殊的恢复过程来完成电流的迅速切断。采用多层Si片叠加的制造工艺技术,单个器件反向工作峰值电压大于2 kV,电流切断时间小于800 ps,脉冲峰值功率可达80 kW。该器件具有易串并联、抖动小等优点。基于该器件制作的脉冲发生器具有体积小、可靠性高、使用寿命长、脉冲重复频率高、输出波形稳定等特点。当采用器件串联电路连接时,可以获得几十千伏以上的高压快速脉冲。采用该器件制作的脉冲发生器在国防、医疗等领域具有广阔的应用前景。

基于漂移阶跃恢复二极管的超宽带探地雷达发射技术

在概述高功率半导体开关漂移阶跃恢复二极管(DSRD)的性能特点、工作原理的基础上,详细阐述了其快恢复物理特性的机理,并论证了快恢复过程需满足的条件。结合DSRD快速关断特性与电容电感储能特性,通过复杂可编程逻辑器件产生外触发时序控制信号,设计了一款质量轻(小于1.5 kg)、体积小(13cm×9 cm×8 cm)、性能稳定可靠(抖动小于1%)的高压窄脉冲超宽带雷达发射机。实验结果表明,单管电路所产生的脉冲幅度可达1 kV,半脉宽小于10 ns,重复频率高于10 kHz,可应用于超宽带无载波脉冲探地雷达系统中。

新型超宽带穿墙雷达单周期窄脉冲产生技术

提出了一种电路结构简单、成本低廉的新型单周期窄脉冲产生方法,设计的脉冲产生电路主要由基于阶跃恢复二极管和微波三极管的脉冲产生电路,基于肖特基二极管和终端并联短截线的脉冲整形电路以及RC微分电路三部分组成.分析了电路各部分的工作原理和设计方法,并利用ADS软件对整个电路进行仿真.实验测试结果表明,设计的脉冲产生电路能够产生峰峰值为7.6V、脉宽为500ps的单周期脉冲信号,且脉冲振铃小、波形质量高,与软件仿真结果基本吻合,是一种适用于超宽带穿墙探测雷达系统的单周期脉冲发射机电路.