冉绍尔-汤森效应及其电流电压关系

电子流在与气体闸流管中稀有气体作用时,出现经典理论无法解释的冉绍尔-汤森效应,即气体散射截面和电子速度有关.研究了此过程中几何因子、散射概率和总散射截面随电子速度的变化规律,验证了冉绍尔-汤森效应.探究了实验中出现的阴极电流和加速电压偏离二分之三关系的现象,利用排除法确定了可能的原因:经典Drude模型无法较好地描述电子和气体的碰撞.     

夫兰克-赫兹实验中影响板极电流因素浅析

通过公式与绘图比对实验测得的数据,研究电子与氩原子的夫兰克-赫兹实验中不同阴极电压、第一栅极电压、反向电压下,板极电流随加速电压的变化情况。分析板极电流发生变化的规律及原因,观察测得数据及其绘制的夫兰克-赫兹曲线找出对实验研究负向影响最小的阴极电压、第一栅极电压、反向电压的参考数值。     

氙原子散射截面反常现象的观测分析

加速电子与充氙闸流管中的氙原子碰撞,电子被散射.实验测量了77 K及室温状况下管中的栅极及板极电流.通过计算,得出了散射概率、散射截面与电子能量的关系.结果表明,当电子能量约为1 eV时出现较弱散射概率,散射截面出现极小值,得出了与冉绍尔-汤森效应一致的结论.介绍了实验过程中的补偿和修正方法,并对影响实验结果的因素进行了分析.     

第一栅压对F-H实验曲线影响的研究

为探究第一栅压对F-H实验曲线的影响,通过单独改变第一栅压的方式进行了数据收集,对实验曲线各节点的数据及其变化特性进行了分析讨论,发现过低的第一栅压会影响出现板极电流时电压、第一峰谷电压以及峰值电流等,总结出了峰谷电流随第一栅压增大的变化规律。     

夫兰克-赫兹实验中几个问题的研究

测量了F-H实验中控制电压的敏感区,观测了3种不同电路下汞原子的电离曲线并对其成因进行了解释.观测了电离情况下板极电流与反射电压的关系,阐明了在高反射电压下电子在第二栅极附近聚集会增加离子的复合概率.观测了两栅极之间处于"悬浮"状态时板极电流的不稳定,反映了电子和离子扩散的随机性与噪声电压的影响.     

太赫兹波段Smith-Purcell辐射的介质加载光栅高频特性

提出了一种用于Smith-Purcell效应器件的介质加载光栅慢波结构,通过研究该结构的注-波互作用过程,推导出带电子注的色散方程,并数值求解出波的线性增长率.利用色散方程,结合电磁场传播的边界条件,推导出Smith-Purcell效应振荡器工作所需的起振电流.详细研究了高频结构长度、电子注主要参数和介质相对介电常数对起振电流的影响,并与普通金属光栅结构进行了比较.结果表明:保持其他参数不变时,高频结构长度越短,起振电流越大;保持高频结构参数不变时,起振电流随电子注厚度和注-栅距离的增大而增大,随电子注电压的增大而减小;与金属光栅相比,介质的引入提高了注-波互作用的增长率,有效减小了振荡器的起振电流.理论计算结果与软件CHIPIC的模拟结果比较符合.     

表面电荷与体陷阱对GaN基HEMT器件热电子和量子效应的影响研究

研究了GaN基HEMT器件表面电荷和体陷阱的变化对输出特性的影响.通过分析表面电荷与体陷阱对电流坍塌效应、饱和电流和膝点电压的影响,初步确定了其变化关系.研究结果显示表面电荷的增加能够耗尽二维电子气,减弱电流坍塌效应,降低饱和电流,使膝点电压非正常后移.同时,体陷阱的减小可以有效减弱电流坍塌效应,增大饱和电流,且膝点电压基本保持不变.晶格温度较低时,热电子效应和量子隧穿效应对电流坍塌效应影响显著.采用流体动力学模型,分析了引起电流坍塌效应的内在物理机制,并获得了器件设计和制备的优化方案.     

表面电荷与体陷阱对GaN基HEMT器件热电子和量子效应的影响研究

研究了GaN基HEMT器件表面电荷和体陷阱的变化对输出特性的影响.通过分析表面电荷与体陷阱对电流坍塌效应、饱和电流和膝点电压的影响,初步确定了其变化关系.研究结果显示表面电荷的增加能够耗尽二维电子气,减弱电流坍塌效应,降低饱和电流,使膝点电压非正常后移.同时,体陷阱的减小可以有效减弱电流坍塌效应,增大饱和电流,且膝点电压基本保持不变.晶格温度较低时,热电子效应和量子隧穿效应对电流坍塌效应影响显著.采用流体动力学模型,分析了引起电流坍塌效应的内在物理机制,并获得了器件设计和制备的优化方案. 关键词： GaN-HEMT器件 电流坍塌效应 热电子效应 表面电荷     

高压IGBT雪崩鲁棒性的研究

随着绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)电压等级的提升和电流容量的增大,雪崩效应已成为限制器件安全工作区(safe operating area, SOA)的重要因素.雪崩发生后IGBT背面p+n结的空穴注入是其雪崩效应区别于其他器件的主要特征.本文通过理论分析与数值模拟的方法研究了IGBT雪崩击穿特性以及雪崩产生电流丝的性质,揭示了控制雪崩产生电流丝性质的物理机制.结果表明IGBT背面的空穴注入导致其雪崩击穿曲线上产生额外的负微分电阻分支;器件共基极电流增益α_pnp是决定雪崩产生电流丝的关键因素,随着α_pnp的增大,雪崩产生的电流丝强度越强、移动速度越慢,从而导致器件的雪崩鲁棒性越弱.     

等离子体气动激励控制激波的机理研究

针对等离子体气动激励控制激波的热效应机理和电离效应机理的争议,分别采用热阻塞模型和离子声波模型,理论推导出了不同机理前提下电弧等离子体对尖劈斜激波的影响规律.对于热效应机理,激波变化规律是激波起始点前移、形状不弯曲以及角度减小;对于电离效应机理,激波变化规律是激波起始点仍维持在尖劈前缘点处、形状分为两段发生弯曲以及起始段的角度增大.针对该对立的理论推导结果,进行了电弧等离子体控制尖劈斜激波的超声速风洞实验研究,实验观察到尖劈斜激波起始点前移4 mm,激波角度减小8.6%,激波形状未发生弯曲.以热效应机理为前提推导出的理论结果与该实验结果相符,从而验证了等离子体气动激励控制激波是热效应机理在起主要作用. 关键词： 等离子体气动激励 激波 热效应 电离效应     

铌镁酸铅-钛酸铅铁电阴极电子发射特性

研究了铌镁酸铅-钛酸铅铁电材料的铁电、介电性能对阴极发射阈值电压的影响, 以及铁电阴极发射电流与激励脉冲电压和抽取电压之间的关系, 并分析了其发射机理. 结果表明, 室温介电常数高、极化强度变化量大的弛豫铁电体0.9Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.1PbTiO₃具有较小的发射阈值电压; 铁电阴极电子发射与快极化反转和等离子体的形成有关; 由极化反转所致电子发射的自发射电流随激励脉冲电压的增大呈幂律增长关系, 其发射电流开始于激励脉冲电压的下降沿; 在抽取电压较大时, 发射电流随抽取电压的增大呈线性增长关系, 说明大电流主要取决于抽取电压; 其发射电流开始于激励脉冲电压的上升沿, 与“三介点”处的场增强效应和等离子体的形成有关; 当抽取电压为2500 V 时, 得到的发射电流幅值为210 A, 相应的电流密度为447 A/cm².     

基于电容和电导特性分析GaN蓝光发光二极管老化机理

采用正向交流小信号方法测试和分析老化前后GaN发光二极管（LED）的电容-电压特性,结合串联电阻、理想因子、隧穿电流参数讨论负电容以及电导变化情况.基于L-V曲线定性分析老化前后负电容的阈值电压,老化之后样管的受主浓度降低,辐射复合概率下降,大量缺陷以及非辐射复合中心出现,对载流子俘获作用增强,造成负电容降低.反向偏压以及小正向偏压下,隧穿效应导致老化之后样管的电导增大;正向偏压大于2.2 V区域,考虑串联电阻效应,老化后样管电导减小.在分析LED电容-电压、光输出、电学特性曲线与老化机理基础上,通过实验论证以及理论解释表明,负电容以及电导特性可作为分析LED老化特性的参考依据. 关键词： GaN发光二极管 负电容 电导 老化机理     

极不均匀电场下重复频率纳秒脉冲气体击穿实验研究

 实验研究了尖-板电极中，不同重复频率（10,100,500,1 000 Hz）、不同间隙(0.5,1 cm),不同气压（0.1～0.4 MPa）等条件下空气的绝缘特性。得到了击穿时延、重复频率耐受时间、施加脉冲个数等与施加电压、重复频率的关系。研究发现：在该实验条件下击穿时延随着场强与气压的比值减小而增加，但重频耐受时间和脉冲击穿个数并没有明显变化；随着重复频率的提高，击穿时延和重频耐受时间会减小，但脉冲击穿个数可能会增加；且重复频率条件下击穿的极性效应不明显；重复施加的脉冲产生大量的亚稳态粒子和残余电荷影响放电的发展过程；负离子的脱负或正离子碰撞阴极的过程，及亚稳态粒子的去激励作用给击穿提供了有效初始电子。     

碲镉汞焦平面光伏器件的实时γ辐照效应研究

对碲镉汞长波和中波焦平面光伏器件进行了实时γ射线辐照效应研究,通过辐照过程中实时测试器件的电流-电压特性,发现随着辐照剂量的增加,中波器件比长波器件表现出更好的抗辐照能力.对于长波器件,随着辐照剂量的增大,能够反映器件性能的零偏电阻逐渐降低;对于中波器件,零偏电阻随着辐照剂量的增加无固定变化趋势,辐照效应主要表现在电阻-电压曲线随着辐照剂量增加出现越来越明显的扰动.根据光伏器件的暗电流机理,对长波器件的电阻-电压曲线进行数值拟合,发现辐照引起少子产生-复合寿命逐渐降低,缺陷密度逐渐增大,主要影响的电流机理 关键词： γ辐照 辐照效应 光伏器件 碲镉汞     

基于电压电流的IGBT关断机理与关断时间研究

基于半导体物理和IGBT基本结构, 深入论述了IGBT关断机理, 推导出IGBT关断时间随电压和电流的变化规律: 关断时间随电压的增大而增大, 随电流的增大而减小. 查明了变化规律的物理机理, 仿真和实验结果验证了理论推导与所得变化规律的正确性. 提出采用指数与双曲线复合规律描述IGBT关断时间的变化. 对深化IGBT关断机理和解决电力电子装置死区时间设置等工程问题具有一定的理论意义和应用价值. 关键词： 关断机理 耗尽层 载流子 关断时间     

光电倍增管的特性研究

研究基于GCPMT-B型光电倍增管综合实验仪,研究光电倍增管的基本特性。通过实验可以得出,在一定电压下,光电倍增管的输出电流随光照度的增加而逐渐增加。随着电压的增大,输出电流逐渐增大,当电压增大到一定值之后,阴极电流不变,阳极输出电流增长较快。在可见光波长范围内,阳极输出电流随波长的增加而减小,波长较小时,减小较快。     

部分耗尽结构绝缘体上硅器件的低频噪声特性

针对部分耗尽结构绝缘体上硅(silicon-on-insulator, SOI)器件低频噪声特性展开实验与理论研究. 实验结果表明, 器件低频噪声主要来源于SiO₂-Si界面附近缺陷态对载流子的俘获与释放过程; 基于此理论可提取前栅和背栅氧化层界面附近缺陷态密度分别为8×10¹⁷ eV^-1·cm^-3和2.76×10¹⁷ eV^-1·cm^-3. 基于电荷隧穿机理, 在考虑隧穿削弱因子、隧穿距离与时间常数之间关系的基础上, 提取了前、背栅氧化层内缺陷态密度随空间的分布情况. 此外, SOI器件沟道电流归一化噪声功率谱密度随沟道长度的增加而线性减小, 这表明器件低频噪声主要来源于沟道的闪烁噪声. 最后, 基于电荷耦合效应, 分析了背栅电压对前栅阈值电压、沟道电流以及沟道电流噪声功率谱密度的影响.     

高真空热电子发射实验研究

在真空环境下,研究了阳极电压和阴极电压对金属热发射电流强弱的影响。实验结果表明,提高阳极电压和阴极电压有利于电子从阴极逸出,使发射电流得到增强,此外,提高阳极电压能够降低阴极临界电压,增大发射电流,为提高热电子发射效率提供了实验基础和理论依据。     

基于脉冲方法的超短栅长GaN基高电子迁移率晶体管陷阱效应机理

陷阱效应导致的电流崩塌是制约GaN基微波功率电子器件性能提高的一个重要因素,研究深能级陷阱行为对材料生长和器件开发具有非常重要的意义.随着器件频率的提升,器件尺寸不断缩小,对小尺寸器件中深能级陷阱的表征变得越发困难.本文制备了超短栅长（L_g=80 nm）的AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管（MOSHEMT）,并基于脉冲I-V测试和二维数值瞬态仿真对器件的动态特性进行了深入研究,分析了深能级陷阱对AlGaN/GaN MOSHEMT器件动态特性的影响以及相关陷阱效应的内在物理机制.结果表明,AlGaN/GaN MOSHEMT器件的电流崩塌随着栅极静态偏置电压的增加呈非单调变化趋势,这是由栅漏电注入和热电子注入两种陷阱机制共同作用的结果.根据研究结果推断,可通过改善栅介质的质量以减小栅漏电或提高外延材料质量以减少缺陷密度等措施达到抑制陷阱效应的目的,从而进一步抑制电流崩塌.     

微光夜视系统光晕效应定量表征与建模方法北大核心CSCD

研究了微光夜视系统输出图像中光晕尺寸和灰度分布与系统参数之间的关系,建立了系统光晕效应的定量化表征模型。首先分析了系统输出图像中光晕的产生机理;其次依据微光夜视系统成像原理,通过分析光电阴极产生的光电子数及初角度分布、光电子在光电阴极与微通道板之间的运动、光电子与微通道板非开口壁碰撞后的运动规律及微光成像系统各环节对能量的逐级传递,研究了光晕的定量化表征方法;结合上述理论研究,建立了光晕的数字仿真模型。结果表明:所提出的光晕效应表征模型能够与实验结果中光晕的灰度分布及尺寸较好地吻合;随着强光源能量增大,系统光晕效应越明显,光晕效应对系统成像质量影响越大。