[发明专利]超快脉冲功率开关器件及自激励皮秒量级功率脉冲发生器

说明书

技术领域

本发明属于电子设备技术领域，涉及一种超快脉冲功率开关器件，还涉及利用该超快脉冲功率开关器件制作的自激励皮秒量级功率脉冲发生器。

背景技术

超快功率脉冲发生器，特别是皮秒量级的功率脉冲发生器，是超高速电子学、超宽带通信、THz诊断、超宽带反隐形冲击雷达和电磁武器等领域的研发重点。目前的皮秒量级超短脉冲发生器的主流技术是光电技术，即用半绝缘超快光电半导体材料(GaAs、InP等)作为开关器件。光电半导体开关器件在暗态时能承受很高的直流偏置电压；当受到激光脉冲照射后，由于内光电效应产生大量的光生电子-空穴对参与导电，半导体电阻率迅速下降，开关导通；当光生载流子被电极吸收后，开关关断。如果激光的脉宽小于100皮秒，则在这一过程中，电路可产生功率大、上升沿陡峭且无晃动的纳秒，甚至是亚纳秒电脉冲，参见2004年6月(第53卷第6期)的《物理学报》论文《用光电导开关产生稳幅ps量级时间晃动超快电脉冲的研究》(施卫、马德明、赵卫等)。为了适应军用、民用需求，超短脉冲发生器必须尽可能小型化、低成本，工作可靠、抗恶劣环境能力强，显然，现有的皮秒激光脉冲发生器不能满足这些需求，存在以下缺点：皮秒量级的激光器配套电源和散热装置的体积庞大，导致价格昂贵；皮秒激光器自身对工作环境要求很高(如抗震动性差、对湿度要求高)；激光必须对准光电导开关的光窗或者用光纤引导，所以必须保证光控通路的结合可靠性。这些缺点源自使用了皮秒激光器，所以要从根本上克服这些缺点，就必须放弃这种光电结构。

利用气体放电技术也可产生亚纳秒的脉冲，如用高压氢气放电管作为开关器件，参见2006年1月(第25卷第1期)的《电工电能新技术》论文《一种亚纳秒高压脉冲源的研制》(李军浩、王晶、王颂等)，但是气体开关器件的通病是脉冲重复性差，关断拖尾长。

利用脉冲整形技术也可产生亚纳秒的脉冲，但是输出电脉冲的峰值功率很小，因此不适用于脉冲功率领域。如利用阶跃恢复二极管和短路线用来产生脉冲，用FET管来进行脉冲的放大和作为脉冲产生与脉冲整形两部分电路间的隔离，用肖特基二极管来减小脉冲的振铃，参见2007年10月(第28卷第10期)《兵工学报》论文《超宽带皮秒级脉冲发生器》(纪建华、费元春、周建明等)知峰值功率仅0.1W；如利用雪崩二极管在雪崩状态的导通瞬间获得陡峭上升沿，再经阶跃恢复二极管整形，参见2007年5月(第36卷第5期)《光子学报》论文《高功率激光装置中超快电脉冲发生器的研究》(行海、欧阳娴、刘百玉等)知峰值功率仅10.6W。

发明内容

本发明的目的是提供一种超快脉冲功率开关器件，克服了现有超快光电半导体开关器件需要超快激光器触发的缺点；克服了现有气体开关器件输出脉冲重复性差，关断拖尾长的缺点。

本发明的另一目的是提供一种自激励皮秒量级功率脉冲发生器，克服了现有光电电路需依赖皮秒激光器触发、现有气体放电电路脉冲重复性差和关断拖尾长，以及现有脉冲整形电路峰值功率小的缺点。

本发明所采用的一个技术方案是，一种超快脉冲功率开关器件，包括封装外壳，在封装外壳的一端开口安装有阳极侧的同轴端子，在封装外壳的另一端开口安装有阴极侧的同轴端子，在封装外壳的内部有一半导体晶片，半导体晶片上设置有两个共面的欧姆接触电极，每个欧姆接触电极都通过导电银胶与各自对应的微带传输线连接，微带传输线又与各自对应的同轴端子连接；在阴极侧的微带传输线上设置有空气隙。

两个欧姆接触电极之间距离与空气隙之比应大于10∶1。

微带传输线选用Al₂O₃双层覆铜板制作。

一种超快脉冲功率开关器件，包括封装外壳，在封装外壳的一端开口安装有阳极侧的同轴端子，在封装外壳的另一端开口安装有阴极侧的同轴端子，在封装外壳的内部设置有一半导体晶块，半导体晶块正对阳极同轴端子的端面上设置有一欧姆接触电极，该欧姆接触电极通过导电银胶与同轴芯连接，同轴芯与阳极侧的同轴端子连接；半导体晶块的正对阴极同轴端子的端面上也设置有一欧姆接触电极，该欧姆接触电极与阴极侧的同轴芯留有一定的空气隙，阴极侧的同轴芯与阴极侧的同轴端子连接；每个同轴芯与欧姆接触电极平面的正中心垂直对准。

两个欧姆接触电极之间距离与空气隙之比应大于10∶1。