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半导体光导开关(Photoconductive semiconductor switch，PCSS)具有体积小、信号抖动小、开关速度快、损耗小、重复频率高、维护简单等优点，同时又能满足系统对开关承受大功率方面的要求，是紧凑型脉冲功率系统的理想开关。与Si、GaAs等半导体材料相比，SiC单晶的材料特性决定了它非常适合用于制备耐高温、高频、大功率器件，是目前制备高性能半导体光导开关的最合适的材料。随着SiC单晶生长技术的日益成熟，以SiC晶体为基体光导开关在大功率领域的应用前景令人期待。
本论文系统地开展了以V掺杂半绝缘6H-SiC晶体为基体的正对电极结构光导开关的设计、制备与性能研究。通过对6H-SiC衬底对532 nm激光的吸收系数的测量，确定了开关基体长度为mm到cm量级。考虑到电流分布、微管道缺陷和开关击穿等因素，我们选择了以(1120)a面晶片作为基体的正对电极结构的光导开关作为研究对象。
使用紫外-可见-近红外吸收光谱、辉光放电质谱、变温霍尔效应、变温光致发光谱、电子顺磁共振光谱、低温傅立叶变换红外光谱、热导率测试等方法对6H-SiC晶体材料特性进行了研究。紫外-可见-近红外吸收光谱结果显示了低阻SiC和半绝缘SiC在近红外波段的吸收率的差异。GDMS结果显示晶体中V的掺杂浓度为1.6×1017 cm-3，使用尺寸为1 cm×1 cm×1 mm的这种晶片为基体的光导开关的理论导通电阻在mΩ量级。变温霍尔效应和低温傅立叶红外吸收光谱结果显示V掺杂半绝缘6H-SiC的半绝缘特性是由位于导带下0.58～0.60 eV附近的V杂质的受主能级(V3+/4+)对剩余自由电子的补偿造成的。变温光致发光谱显示了与Ti原子相关的激子复合及其声子伴线(phonon replicas)引起的发光峰在6～80 K温度范围内稳定存在。电子顺磁共振光谱显示了晶体中存在的碳空位(Vc)及其络合物。6H-SiC垂直于c轴方向的热导率为240 W/(m·K)，体现出了SiC在散热方面的优点。
通过对SiC晶锭进行了定向、切割、逐级抛光、光刻、电极蒸镀、铜电极柱粘结、封装等，获得了制备正对电极结构SiC光导开关的标准流程。研究了外加电压、激发能量、激发波长、衬底厚度对正对电极结构光导开关性能的影响。发现了平面型光导开关和正对电极结构光导开关在电流信号中分裂现象上的差异。制备了性能优良的正对电极结构SiC光导开关，获得了ns量级的光电信号，开关击穿电场强度为0.125 MV/cm，远大于平面型光导开关的击穿电场强度，衬底厚度为0.40 mm的开关的导通电阻为12.29Ω。实验中发现开关的击穿多发生于电极、SiC衬底、绝缘胶三者交汇处。
考虑到平面型开关制备简单、便于进行更细致的深入研究，我们对紫外透明的Ga2O3薄膜进行了研究，使用同步辐射光电子能谱获得了Ga2O3/6H-SiC异质结构的能带图。其价带偏移值为2.77 eV，导带偏移值为0.90 eV。使用氢氟酸处理的方法在6H-SiC(0001)Si面上获得了无需高温退火的Ti欧姆接触电极。我们将这种现象归因于氢氟酸处理可以在6H-SiC(0001)面(Si面)上获得氢终止的表面。实验还发现，氢氟酸处理无法在6H-SiC(0001-)面(C面)上获得Ti电极的欧姆接触。对衬底使用H2退火可以使后续的Ti电极在无需高温退火的条件下获得欧姆接触。实验还发现晶片的表面粗糙度对接触性质也有着较为明显的影响。