光子作用下砷化镓光电导开关沿面闪络机理及其抑制方法研究

长期以来光子作用下的沿面闪络问题极大地制约了砷化镓光电导开关在高功率/高重复频领域的应用，认识这种特殊条件下的闪络现象一直是科研工作者的研究目标。.本项目深入研究强电场下入射光子和电荷高倍增过程中的辐射光子诱导砷化镓光电导开关的沿面闪络规律，考察以光激发电荷畴为表现形式的电荷聚集效应以及界面电荷在强场输运过程中与光子的相互作用机制。通过超快过程中瞬态电场的实验测试和仿真分析，认识光子作用下沿面闪络的发展过程，提出表征和改善这种特殊条件下闪络特性的综合评价体系，进而有针对性地从半导体-介质坏境、电极结构和表面态等方面优化开关的绝缘结构设计，改善芯片表面及内部在开关瞬态导通过程中的电场分布，有效抑制闪络的产生，最终研制出闪络电场>60kV/cm，电流>5kA的砷化镓光电导开关器件，为长寿命、高功率、高重频光电导开关的应用奠定基础。

本项目研究了入射光子及高倍增现象中的辐射光子诱导砷化镓光电导开关在强电场下的闪络规律。从光子诱发电荷畴的瞬态电场合级联过程出发，探讨了高电场条件下非线性GaAs光电导开关内的丝状电流形成原因和控制方法。提出了适用于砷化镓光电导开关的流注模型，研究了丝状电流引起砷化镓材料暗态电阻改变的原因，分析了丝状电流引起沿面闪络的产生机理以及导致开关损坏的物理机理。通过改进GaAs芯片性能、改善触发导通瞬态过程中芯片内的电场分布，抑制了丝状电流的形成，从而提高砷化镓光电导开关的使用寿命。