[發明專利]一種光控半導體開關

在審

• 申請號: 201911386053.0
• 申請日: 2019-12-29
• 公開（公告）號: CN111082792A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 謝衛平;袁建強;王凌云;劉宏偉
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: H03K17/94
• 分類號: H03K17/94;H01L31/111
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明;韓志英

本發明公開了一種光控半導體開關。所述的光控半導體開關的內部包括從上至下依次排列的屏蔽地電極、片式半導體激光器、激光分光耦合器、大面積半導體單元和屏蔽高壓電極，在片式半導體激光器、激光分光耦合器的間隙內連接有取電模塊或升壓模塊，光控半導體開關的側面包裹有絕緣封裝外殼，絕緣封裝外殼與屏蔽電極共同構成光控半導體開關封裝外殼；光控半導體開關的供電與觸發信號接口伸出光控半導體開關封裝外殼。本發明的光控半導體開關可以用于高功率脈沖電源、緊湊型高功率脈沖組件、小體積高能量脈沖觸發等多種場合，具有功率容量高、可靠性高、壽命長、體積小等多種優勢。

技術領域

本發明屬于脈沖功率技術領域，具體涉及一種光控半導體開關。

背景技術

隨著高功率脈沖電源、高功率脈沖組件等提出了長壽命、快前沿、高可靠性、緊湊等方面的要求，具有該類優勢的新型固態型開關技術十分重要?，F有的電控型功率半導體開關由于觸發結構與主回路結構無法分離，導致耐壓水平、可靠性、抗反峰能力較差，限制了其在高功率場合的應用；現有的光控晶閘管，其開通速度較慢，無法應用于脈沖功率場合；現有的光導開關較大程度依賴于脈沖充電附屬系統或較大體積的激光系統，無法適應小型化的要求。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提供一種光控半導體開關。

本發明具體采用如下技術方案：

一種光控半導體開關，其特點是，所述的光控半導體開關的內部包括從上至下依次排列的屏蔽地電極、片式半導體激光器、激光分光耦合器、大面積半導體單元和屏蔽高壓電極，在片式半導體激光器、激光分光耦合器的間隙內連接有取電模塊或升壓模塊，光控半導體開關的側面包裹有絕緣封裝外殼，絕緣封裝外殼與屏蔽電極共同構成光控半導體開關封裝外殼；光控半導體開關的供電與觸發信號接口伸出光控半導體開關封裝外殼。

優選的，所述的片式半導體激光器包括分布式半導體激光單元和大電流激光驅動模塊；所述的分布式半導體激光單元與大面積半導體單元相匹配；所述的大電流激光驅動模塊中的大電流開關器件采用功率半導體器件。功率半導體器件包括但不限于MCT、IGBT、功率MOSFET。

優選的，所述的大面積半導體單元為陣列排列的多元胞，每個元胞的結構形式為以下任意一種：

a.具有一個光門極的元胞；

b.具有二個以上的光門極的元胞；

c.具有一個光陰極的元胞；

d.具有二個以上的光陰極的元胞；

e.具有一個光陰極和一個光門極的元胞；

f.具有一個的光陰極和二個以上的光門極的元胞；

g.具有一個的光門極和二個以上的光陰極的元胞；

h.具有二個以上的光門極和二個以上的光陰極的元胞；

其中，所述的光陰極為吸收光子產生光生載流子的半導體結構，光陰極的基底為半導體材料，在半導體材料上擴散有N型雜質；所述的光門級為吸收光子產生光生載流子的半導體結構，光門級的基底為半導體材料，在半導體材料上擴散有P型雜質。

優選的，所述的光陰極或光門極上蒸鍍有增透膜。

優選的，所述的多元胞的陣列形狀為扇形、圓形、方形、多邊形、環形或半環形中的一種。

優選的，所述的激光分光耦合器為凹透鏡、衍射分光鏡或光纖中的一種。

優選的，所述的取電模塊通過高壓供電端取電。

優選的，所述的升壓模塊采取高頻升壓方式進行供電。

優選的，所述的絕緣封裝外殼的材料為絕緣復合陶瓷。