高重复频率固态脉冲功率技术研究

另外，由于SiC材料在击穿场强、热导率等方面比GaAs材料更具优势，使得SiC光导开关成为当前研究热点，但目前研制的SiC光导开关导通电阻较大，因此，我们还开展了SiC光导开关相关研究工作。制作了一种新型的SiC光导开关，首先在掺钒的电阻率大于10¹² Ω×cm的半绝缘SiC衬底上外延高掺杂浓度的n⁺-GaN薄层，然后蒸镀或溅射欧姆接触金属，测试得到欧姆接触电阻率小于10^-6 Ω×cm²。制作的电极间距5 mm的SiC光导开关在空气中工作电压达到24 kV。光导开关在工作电压10 kV时，分别采用532 nm(激光脉宽15 ns)和1 064 nm(激光脉宽25 ns)激光器触发，都得到了同一种振荡现象, 大量实验结果分析表明该现象同光导开关掺钒浓度有关。后续拟开展暗态电阻率为10¹⁰Ω×cm半绝缘SiC光导开关研究工作。

2  高储能密度脉冲电容器研究取得一定进展

PbO-SrO-Na₂O-Nb₂O₅-SiO₂(PSNNS)玻璃-陶瓷材料是中国工程物理研究院流体物理研究所与北京有色金属研究总院合作研制的一种玻璃陶瓷材料，将具有高绝缘强度的玻璃和具有高介电常数的陶瓷相结合，通过熔融-快冷-可控结晶技术制备出无孔隙等结构缺陷的玻璃-陶瓷复合材料。目前，该复合介电材料的相对介电常数达到600，击穿场强达到38 kV/mm，材料储能密度达到2.27 kJ/L。为了提高脉冲电容器寿命，降低电容器边缘畸变电场，采用PSNNS玻璃-陶瓷材料制作了一种侧面凹形的脉冲电容器，如图4(a)所示，脉冲电容器介质片尺寸为f50 mm×5 mm，电极采用烧渗银电极，然后采用f50 mm× 1 mm的倒角铜圆片作为上下电极，将脉冲电容器采用环氧整体封装。LCR分析仪测试得到制作的电容器电容值为5 nF。将此电容器在工作电压40 kV、放电电流大于3 kA，重复频率1 kHz的条件下寿命大于100万次，放电波形如图4(b)所示。