PCSS的击穿特性及寿命探析

光电导开关常常用于大功率的场合，其端电压、导通电流通常较大，尤其是工作在强电场触发下的非线性模式。通常为了提高器件的输出功率，必须通过增大开关的偏置电压或减小开关的通态电阻来实现。因此器件的耐压能力成为开关的重要参数之一，同时器件的寿命也严重影响开关的推广运用。

介质的击穿是指作用于介质上的外部电场强度超过其本身的介电强度从而导致介质失去介电特性的现象。对横向光电导开关而言，开关两端所加电场高于表面击穿电场强度时将发生沿表面放电的本征电击穿。此类击穿与绝缘封装的类型有密切的关系。而在光触发条件下，横向PCSS器件的击穿特性有很大的变化，尤其是在非线性模式下伴随电流丝的存在使得其击穿机制与常规器件存在较大的差别。在光触发条件下，横向GaAsPCSS的击穿表现为完全击穿、不完全击穿及可恢复击穿3种不同的开关击穿类型。3种类型皆伴有丝状电流现象，而电流丝对开关电极和基体材料都有较大的损失。

对于未使用绝缘封装的开关，在激光触发条件下，随着偏置电压的增大（仍工作在线性区域）将首先出现沿表面放电击穿，并伴随有丝状电流和电火花现象。击穿后，芯片表面存在拉丝痕迹，暗态绝缘电阻小幅度下降。器件再次工作在线性区域，性能几乎与前相同，表现出可恢复击穿。

对于采用绝缘封装的开关，增大偏置电压使其超过非线性阈值电压而工作于非线性状态导通较长的时间。开关连续触发工作一段时间后，开关表面没有明显击穿痕迹，但是开关内部有损坏的痕迹尤其是在开关内部电极处。此时开关的暗态电阻下降明显，阻断电压下降，输出波形紊乱，开关表现为不完全击穿。(www.xing528.com)

在较大的偏压下采用大功率触发光触发开关，则开关出现伴随有丝状电流和电火花现象的沿表面放电击穿。击穿后的开关芯片留下因丝状电流形成的明显拉丝痕迹和沟渠痕迹。击穿前后开关暗态电阻相差几个数量级，开关表现为完全击穿。

光触发引起光电导开关击穿的实质表现为：在强电场应力的作用下，芯片中形成陷阱。光注入大量电子在强电场作用下形成热电子，热电子的形成加速了陷阱的恶化，从而使材料的介电特性退化。当芯片材料中Ga原子上的两个Ga-As键同时断裂就会引起晶格的永久破坏，而这种破坏不断积累就会使芯片击穿。另外电流对路径的选择性主要决定于热电子流经芯片时所产生陷阱的分布，以及热电子陷阱中心形成从阳极到阴极的链的位置。