一种基于宽带隙半导体器件的光电高功率微波放大方法技术

本发明专利技术公开了一种基于宽带隙半导体器件的光电高功率微波放大方法，目的是解决现有放大电路输出功率低、放大效率低的问题。技术方案是先构建由两个电源、两个脉冲形成器件、两个宽带隙半导体器件、两个限流电阻、负载电阻和接地端组成基于宽带隙半导体器件的B类推挽式放大电路；两路激光脉冲与两个直流电源产生的电压同时作用于放大电路中的2个宽带隙半导体器件；2个宽带隙半导体器件在光电信号激励下作为光控可变电阻工作，其导通电阻随高能脉冲簇激光的光强成线性变化，使得输出的电流和光强呈正比例变化，使得光电微波放大。本发明专利技术放大电路结构简单，工作电压高，微波输出功率高，既消除了单极性限制，又有效解决了输出功率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于宽带隙半导体器件的光电高功率微波放大方法
本专利技术涉及高功率微波
，尤其是涉及一种基于宽带隙半导体器件的光电高功率微波放大方法。
技术介绍
为了应对信息化条件下的电磁环境日益复杂以及新波形、新频谱不断涌现的情况，亟需发展参数灵活可调的新型自适应微波源。产生高功率微波的传统方法已经发展四十余年，它主要采取脉冲功率装置与相对论电真空器件相结合的方式，通常存在输出微波参数固定、频点单一或难以调节等问题。一方面，这是由于相对论真空器件通常工作频率范围较窄，并且采用机械结构，参数调节相对困难。另一方面，电真空器件运行的前提为真空环境，这导致基于该技术路线设计的微波产生器件体积庞大，也阻碍了当前微波产生器件小型化、紧凑化的发展趋势。随着微波光子学的兴起和无电子束的固态高功率微波器件的发展，利用宽带隙半导体器件进行微波放大的方案得到了广泛的关注。对于微波放大器，一个关键问题是如何提升其电路效率。在射频与微波波段，放大器主要分为A、B、AB等几类。如为有源器件配置不同的偏置条件，就可使放大器工作在不同状态(即A、B、AB等几类)。...

【技术保护点】
1.一种基于宽带隙半导体器件的光电高功率微波放大方法，其特征在于包括以下步骤：/n第一步，构建基于宽带隙半导体器件的B类推挽式放大电路，基于宽带隙半导体器件的B类推挽式放大电路由两个电源即第一电源(51)和第二电源(52)、两个脉冲形成器件即第一脉冲形成器件(61)和第二脉冲形成器件(62)、两个宽带隙半导体器件即第一宽带隙半导体器件(71)和第二宽带隙半导体器件(72)、两个限流电阻即第一限流电阻(91)和第二限流电阻(92)、负载电阻(93)和接地端(10)组成；/n第一电源(51)与第一脉冲形成器件(61)通过耐高压导线相连，第一脉冲形成器件(61)与第一宽带隙半导体器件(71)阳极端通...

【技术特征摘要】
1.一种基于宽带隙半导体器件的光电高功率微波放大方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，构建基于宽带隙半导体器件的B类推挽式放大电路，基于宽带隙半导体器件的B类推挽式放大电路由两个电源即第一电源(51)和第二电源(52)、两个脉冲形成器件即第一脉冲形成器件(61)和第二脉冲形成器件(62)、两个宽带隙半导体器件即第一宽带隙半导体器件(71)和第二宽带隙半导体器件(72)、两个限流电阻即第一限流电阻(91)和第二限流电阻(92)、负载电阻(93)和接地端(10)组成；
第一电源(51)与第一脉冲形成器件(61)通过耐高压导线相连，第一脉冲形成器件(61)与第一宽带隙半导体器件(71)阳极端通过耐高压导线相连；第一宽带隙半导体器件(71)由第一路输入激光脉冲(81)所激励，第一宽带隙半导体器件(71)阴极端与第一限流电阻(91)通过耐高压导线相接，构成第一分路；
第二电源(52)与第二脉冲形成器件(62)通过耐高压导线相连，第二脉冲形成器件(62)与第二宽带隙半导体器件(72)阳极端通过耐高压导线相连；第二宽带隙半导体器件(72)由第二路输入激光脉冲(82)所激励，第二宽带隙半导体器件(72)阴极端与第二限流电阻(92)通过耐高压导线相接，构成第二分路；
第一分路和第二分路相并联，然后与负载电阻(93)串联，负载电阻(93)与接地端(10)相连；
第一电源(51)和第二电源(52)均为高压直流电源，除输出电压极性相反外，其余电学参数相同，分别输出幅值相同的一正一负共两个直流电压信号；
第一脉冲形成器件(61)和第二脉冲形成器件(62)是相同的脉冲形成线或者是相同的脉冲形成网络，第一脉冲形成器件(61)和第二脉冲形成器件(62)的特性阻抗与其所处分路中的宽带隙半导体器件在激光辐照下的导通态最小电阻相同；
第一宽带隙半导体器件(71)和第二宽带隙半导体器件(72)结构相同，均由半导体晶片(300)、中空金属电极(201)、实心金属电极(202)、填充材料(100)和支撑结构(101)四个部分组成；半导体晶片(300)和中空金属电极(201)、实心金属电极(202)连接构成对面正入光型高功率宽带隙半导体器件；半导体晶片(300)采用多层电极结构，半导体晶片(300)由耐高压钝化层(1)、金属环(2)、N层相同的半导体衬底(31，32，…，3n，…，3N)、N层相同的透明导电层(41，42，…，4n，…，4N)和镀银层(5)构成；半导体晶片(300)中的N层半导体衬底(31，32，…，3n，…，3N)使用高电阻半导体作为衬底材料，在第一层半导体衬底(31)正面上制备第一层透明导电层(41),在第一层透明导电层(41)上制备耐高压钝化层(1)，耐高压钝化层(1)的四周有一个金属环(2)紧贴第一层透明导电层(41)，金属环(2)的上面紧贴中空金属电极(201)；N层半导体衬底(31，32，…，3n，…，3N)通过N层透明导电层(41，42，…，4n，…，4N)间次连接；第N层半导体衬底(3N)背面制备有具有高反射率的镀银层(5)，镀银层(5)与实心金属电极(202)连接；第n透明导电层(4n)和第n半导体晶片(3n)的正面和背面面积相同；
中空金属电极(201)和实心金属电极(202)为圆柱状，材料是不锈钢或黄铜；中空金属电极(201)的直径为D2，实心金属电极(202)的直径＝D2；中空金属电极(201)和实心金属电极(202)与半导体晶片(300)之间采用导电银胶相粘接；
支撑结构(101)是用聚四氟乙烯材料加工成的矩形无盖无底盒子；中空金属电极(201)穿过支撑结构(101)的第一侧面(102)，一端与半导体晶片(300)中的第一层半导体衬底(31)正面的金属环(2)粘接，另一端与第一脉冲形成器件(61)或第二脉冲形成器件(62)的输出端相连；实心金属电极(202)的一端与半导体晶片(300)中的第N层半导体衬底(3N)的背面镀银层(5)粘接，另一端穿过支撑结构(101)的第二侧面(103)；第一宽带隙半导体器件(71)的支撑结构(101)与第一限流电阻(91)的输入端相连，第二宽带隙半导体器件(72)的支撑结构(101)与第二限流电阻(92)的输入端相连；半导体晶片(300)、中空金属电极(201)、实心金属电极(202)和支撑结构(101)之间有填充材料(100)，填充材料(100)要求完全覆盖半导体晶片(300)、中空金属电极(201)、实心金属电极(202)；
作用于第一宽带隙半导体器件(71)和第二宽带隙半导体器件(72)的第一激光脉冲(81)和第二激光脉冲(82)为两路激光脉冲，是一对相位差为180°的激光脉冲，激光频率可调，是自由空间输出或光纤输出；
第一限流电阻(91)和第二限流电阻(92)阻值相同；
负载电阻(93)的阻值和第一分路、第二分路并联后形成的等效阻抗相同；
第二步，第一激光脉冲(81)和第二激光脉冲(82)与直流电压同时作用于基于宽带隙半导体器件的B类推挽式放大电路中的第一宽带隙半导体器件(71)和第二宽带隙半导体器件(72)，方法是：
2.1开启激光器电源，调试预热后，得到稳定输出的激光脉冲信号；激光脉冲由激光器输出后，通过空气或者光纤传输，穿过中空金属电极(201)，照射于半导体晶片(300)的耐高压钝化层(1)上；奇数序列脉冲作为第一激光脉冲(81)作用于第一宽带隙半导体器件(71)，偶数序列脉冲作为第二激光脉冲(82)作用于第二宽带隙半导体器件(72)；奇数序列脉冲与偶数序列脉冲之间的初始时间延迟固定；
2.2设置第一电源(51)和第二电源(52)的输出电参数，使其输出电流幅值相同，并同时开启第一电源(51)和第二电源(52)；第一电源(51)产生的直流电压通过第一脉冲形成器件(61)后...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨汉武，赵昱鑫，荀涛，王朗宁，楚旭，朱效庆，王日品，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43