[发明专利]一种大功率光电导开关测试装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种大功率光电导开关测试装置及用此装置测试光电导开关的响应速度、 动态电阻等参数的方法，属于高压光电器件测试技术领域。

背景技术

半导体光电导开关由于具有较好的稳定性，小的体积以及容易集成等优势，而受到大 功率开关的研究人员关注。第一个光电导开关原型在1974年由贝尔实验室的D.H.Auston 制备，材料采用高阻的Si，但Si禁带宽度小，临界击穿场强低，不能用于制备高耐压的开 关；1976年第一个GaAs光电导开关由马里兰大学的Chi H.Lee制备，随后GaAs光电导开 关成为此领域研究的焦点。虽然GaAs具有迁移率高的优点，但其散热性较差，临界击穿场 强不够高，难以胜任大功率领域的应用，因此这些光电导开关都还处于实验室研究阶段。

随着宽禁带半导体材料制备技术的日益成熟，人们把制备大功率光电导开关的目光放 到了这些宽禁带半导体材料上来。SiC作为宽禁带半导体的代表具有较其他宽禁带半导体材 料更为突出的优势——高的临界击穿场强和热导率，而这两点正是之前Si和GaAs材料制 备光电导开关所无法解决的瓶颈问题。然而，制备高性能的大功率光电导开关，需要高质 量的半绝缘SiC晶片，而高质量半绝缘SiC单晶的生长技术直到2003年才成熟起来，因此， 高性能SiC光电导开关的研究也直到2003年才开始开展起来。所谓高性能光电导开关主要 体现在开关超快的上升沿时间(几个ns以下)、下降沿时间、输出的电脉冲宽度、电压脉 冲幅值以及电流脉冲幅值。然而，高性能开关对其参数的测量提出了很大的挑战。要准确 测量像SiC光电导开关这样工作在几十个千伏电压下，电流脉冲峰值可达几千安培，而脉 冲宽度仅为几十ns，甚至几个ns的电脉冲，其对测试条件的要求非常高。整个测试系统里 面哪怕某个元件存在不应出现的微小的电感或电容，连接线路存在阻抗不匹配问题，或者 线路接口存在接触不良，引起趴电局部击穿的现象等，都会严重影响开关输出的电信号。 因此，整个系统中各个部分的分布参数都是开关测试装置的设计研究中必须重点考虑的问 题。

虽然精确的测量装置是准确充分地体现SiC光电导开关性质的基础之一，但作为一种 有着极大应用潜力的新型开关，人们大多把目光集中在了开关本身性质的开发研究中，而 对于这种新型开关测试装置的研究很少。浏览从最初的Si光电导开关至现今的GaAs、SiC 光电导开关的相关文献资料，其中对开关测试装置介绍的极少，大多只给出了测试电路示 意图的简单说明。在不同的研究机构中，根据各自的知识技术背景设计和搭建满足自己测 试需求的测试装置，大多数集中于探索开关的几个特定的感兴趣的参数的测量，大多在某 些参数的测量上对于相应的测试组件有着充分的思考和设计，但很可能存在着对其他一些 方面不够重视的情况。众所周知，一个测试系统是一个统一的整体，一个好的测试系统更 是需要从整体思考设计系统的同时，去调整每个测试的细节，因此要准确地测试新型的高 性能SiC光电导开关，对于测试系统的细致研究是非常必要的。然而，至今还没有关于此 类开关测试装置相关的专利或标准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种准确测量大功率光电导开关各种参数的测试装置以及利用 此装置测试光电导开关的各种参数的方法。

一种大功率光电导开关测试装置，包括：

脉冲激光器，脉冲激光器产生激光脉冲；

光源引入部分，光源引入部分接收脉冲激光器产生的激光脉冲后形成光斑，光源引入 部分调整光路并调控光斑的单位面积光强；光斑被光源引入部分内部设置的分光镜分 为测试用光斑和参考用光斑；

光孔，光孔接收测试用光斑，并调整测试用光斑的光强；

高压测量主体电路，高压测量主体电路将待测光电导开关经测试用光斑照射后产生的 电信号输出；

高压电源，高压电源施加电压于高压测量主体电路；

示波器，示波器分析和显示来自高压测量主体电路的电信号；

光电管，光电管接收参考用光斑，并将参考用光斑转化为电信号后传输至示波器。