中文摘要：

将载流子的雪崩倍增机制引入光电导开关在强电场偏置下的线性工作模式，探讨丝状电流的形成原因和抑制方法，解决非平衡态下GaAs中高密度电子-空穴等离子体形成光激发电荷畴迅速猝灭的起因、稳定性条件和控制方法。确定GaAs材料后处理工艺过程和相应工艺条件下所形成的适用于瞬态雪崩倍增机制的GaAs杂质及缺陷能级结构，建立相应的物理模型，得出成熟的利用光激发电荷畴的猝灭模式来控制并调节光电导开关产生具有载流子雪崩倍增机制的高重复频率的线性电流脉冲序列的条件。探索光电导开关芯片在高压强流作用下电流成丝的物理规律，丝状电流对光电导开关芯片的退化、失效甚至击穿的物理机制；通过改进制备工艺来改善触发导通瞬态过程中光电导开关芯片电场的分布，达到抑制丝状电流的形成。研制出重复频率80MHz，10kV / 100A，电脉冲宽度亚ns量级，峰值功率达MW量级的高重复频率高功率GaAs光电导开关。

结论摘要：

研制了触发光能mJ量级、开关电压30kV、电流大于3kA、脉冲宽度ns量级的高重复频率GaAs光电导开关，其峰值功率达100MW。通过刻蚀方法制备欧姆接触电极，有效提高开关的通流能力，所设计制备的用光电导开关与空气隙相结合的组合式开关，可以实现光激发电荷畴的猝灭模式，有效克服非线性波形的拖尾现象，将强电场偏置下的载流子雪崩倍增机制引入到光电导开关的线性模式中，形成线性雪崩电导和大电流密度。分析了GaAs光导开关在高电压强电流模式下的触发瞬态特性、芯片内部电场的时变特性、开关在高压强流下电流成丝的现象，丝状电流对光电导开关芯片的退化、失效和击穿的物理机制等，实验测试了开关在高电压强电流模式的寿命等特性，从实验和理论两方面完善了光激发电荷畴模型。实验测试表明，所研制的开关符合本课题的技术指标要求，利用光激发电荷畴的猝灭模式可以控制并调节光电导开关产生具有载流子雪崩倍增机制的高重复频率的线性电流脉冲序列。同时，还实现了极端条件下光电导开关的性能测试分析。此外，利用所研制的微米间隙开关芯片阵列作为偶极天线，对THz电磁波发射的实验规律进行了探索性研究，在峰值功率方面得到目前国内最好实验结果。