光导开关非线性导通时的载流子累加效应

利用半导体激光器作为触发源,对砷化镓光导开关进行了实验研究,重点研究了载流子累加效应对开关输出特性的影响。实验结果表明,光导开关的导通机制与内部载流子数的多少直接相关,当开关中的载流子数积累到雪崩碰撞电离条件,开关就会发生非线性导通。采用低能量光脉冲序列触发光导开关,获得了高功率输出,降低了开关非线性导通时的触发光能和偏置电压,对于光导开关的应用具有重要意义。     

亚皮秒脉冲激光辐照硅薄膜热效应的模拟研究

基于Boltzmann方程,采用了Chen J K等人建立的自相关模型,考虑了Si薄膜的热容、热导率、弛豫时间等热力学参量随温度非线性变化的影响.采用有限差分法,数值求解了脉宽为500 fs的激光脉冲辐照2 μm厚硅膜的自相关模型.分析了膜表面载流子浓度、载流子温度、晶格温度等随入射激光功率和脉宽等的变化规律.结果表明：在脉冲辐照初期（t<0.68 ps）,载流子和晶格之间存在着明显的非热平衡性,之后通过相互之间的弛豫碰撞,逐渐达到热平衡,载流子热容是引起载流子温度在早期迅速上升的原因;载流子温度速率方程中单光子吸收、载流子-晶格能量交换和载流子能流变化率对载流子温升影响较大,而多光子吸收、双极能流和带隙能量变化率对载流子温升的影响较小,可以忽略;较高脉冲激光能量（Ф＞0.02 J·cm－2）辐照Si膜,会引起载流子密度方程中的俄歇复合项增大,从而使载流子密度下降率增大,导致载流子温度出现双峰.     

光电导开关产生太赫兹电磁波双极特性分析

利用光电导体产生太赫兹电磁波(THz波)，THz远场辐射波形与光电导体材料的载流子寿命、偏置电场以及触发光有直接关系.用不同方法对低温GaAs(LT-GaAs)和半绝缘GaAs(SI-GaAs)光电导开关辐射的THz电磁波所呈现的双极特性进行了模拟计算.结果表明，LT-GaAs光电导开关辐射THz波呈现双极性的主要原因是光生载流子寿命小于一个THz波产生时间；而光生载流子寿命大于100ps的SI-GaAs光电导开关，在不同的实验条件（不同偏置电场、不同光脉冲能量）下，产生的THz波呈现双极特性的主要原因分别是载流子发生了谷间散射和空间电荷电场屏蔽. 关键词： 光电导开关 THz电磁波 载流子寿命 空间电荷屏蔽     

半导体断路开关电路-流体耦合数值模拟

为了研究掺杂结构为p+-p-n-n+的半导体断路开关的ns脉冲截断机理,根据流体力学方程和全电流方程推导出半导体断路开关内部载流子运动满足的电流-电压关系表达式,提出了一种外电路方程和载流子流体力学方程联立求解的1维耦合数值模型。采用该模型对半导体断路开关的ns脉冲截断过程进行了数值模拟,模拟结果表明:在截断过程中,n-n+结处的载流子数密度首先开始明显降低,并出现高电场,随后p+-p结处也出现类似现象,随着载流子的抽取,高电场区域向p-n结处快速移动,最终在p-n结处完成截断,而基区载流子数密度在截断前后无明显变化。     

影响碳化硅光导开关最小导通电阻的因素

采用2种电阻率的钒掺杂半绝缘6H-SiC晶体制作了横向结构的碳化硅光导开关,分别加载不同的偏压、并使用不同能量的激光触发开展光电导实验。对比实验结果表明:高暗态电阻率的碳化硅光导开关耐压特性远远优于低暗态电阻率的碳化硅光导开关,耐压从4 kV提高到了32 kV;但高暗态电阻率的开关导通电阻也较大,导通电阻为k量级,比低暗态电阻率的碳化硅光导开关的近百增加了1个量级。通过激光脉冲波形与光电流脉冲波形的比较,估算出2种光导开关的载流子寿命和载流子迁移率。将这2个参数与砷化镓光导开关进行比较,推导出低的载流子迁移率是碳化硅开关导通电阻较大的主要原因。在实验和分析的基础上改进设计,研制出了工作电压超过10 kV、工作电流超过90 A的碳化硅光导开关。     

非线性光导开关的实验研究

本文简要介绍非线性光导开关的工作原理,重点报道作者对非线性光导开关输出特性的实验研究.比较了光导开关线性和非线性工作的输出特性,给出了非线性光导开关的输出电脉冲波形,研究了影响非线性光导开关输出电脉冲上升时间、延迟时间的因素,测得了偏压阈值与激励光脉冲能量阈值的关系,指出利用非线性光导开关研制成一种全新的、固态化的高压、高功率超短电脉冲产生器的可能性.     

一种新型的光控光导半导体开关解析模型

建立了一个新型的光控光导半导体开关（简称光导开关）解析模型,该模型通过拉氏变换求解了连续性方程,考虑了载流子的表面复合和体复合效应、载流子输运过程中的载流五－载流子散射效应和漂移速度的负微分效应、光作用过程的丹倍效应和光的反射、光强随深度的衰减效应。计算了光导开关的几个重要参考并获得了开关电流和输出电压等的波形,。计算表明光电导的关系在所谓的“线性模式”下并非是严格线性的。最后将计算结果与实验结果进行了比较,两者相符较好。     

激光二极管触发光导开关实验研究

介绍了利用大功率半导体激光二极管触发3 mm间隙GaAs光导开关、产生非线性电脉冲输出的实验,激光二极管输出功率为70 W,上升前沿约20 ns,脉冲半高宽（FWHM）约40 ns。随着开关两端偏置场强增加,输出电压也线性增加,当偏置场强超过一定阈值,增至约2.53 kV/mm时,经过一个较小的电压峰值和时间延迟后,输出电压急剧增加,产生雪崩现象。实验结果表明:GaAs开关非线性输出的产生与载流子聚集和碰撞电离有关,偏置电场的提高增加了开关芯片中载流子聚集数量,加剧了碰撞离化程度,从而使开关从线性模式进入雪崩模式。     

超短脉冲激光辐照硅膜的热弹性

 考虑到热电子崩力的影响,在基于玻耳兹曼理论弛豫时间近似的非线性自相关模型基础上,将晶格温度与应变速率相耦合,建立了超短脉冲激光作用下半导体材料的超快热弹性模型。在单轴应变条件下,利用有限差分法模拟了500 fs脉冲激光作用下2 μm厚硅膜内的载流子温度、晶格温度、载流子数密度、热应力和热电子崩力等的变化情况。结果表明：在低能量密度激光条件下,热弹性效应对半导体材料的影响很小;载流子温度达到峰值的时间比激光强度达到峰值的时间早,随后载流子数密度达到峰值,以及激光脉冲作用5 ps以后硅膜趋于总体热平衡;在脉冲辐照早期,非热平衡阶段形成的热电子崩力在超快损伤过程中起主要作用。     

非线性光电导开关载流子碰撞电离分析

对非线性GaAs光电导开关在锁定期间的电流成丝现象、具有负微分迁移率的速场特性、深能级的陷阱效应、光子的再吸收等因素进行分析,建立了非线性光电导开关锁定期间的连续性方程和电中性方程.基于该方程组,用有限差分法计算了偏压为2 200 V的3.5 mm GaAs∶EL2非线性光电导开关的电流实验数据,得到电流丝内载流子瞬态特性为：载流子浓度约为1017 cm－3,EL2电子陷阱近似饱和;电子电流随锁定时间明显下降,空穴电流基本不变;单位寿命时间载流子雪崩倍增因子的均值约为1.2,其统计起伏随锁定时间增大.     

非线性光导开关快速导通特性

非线性光导半导体开关的快速导通过程总是伴有电流丝的形成，基于电流丝表成的雪崩碰撞引起的粒子束放电机制的假定，考虑到载流子寿命，光吸收深度，碰撞电离系数以及初始载流子浓度等因素的影响，从理论上分子非线性光导开关雪崩导通的物理过程的导通特性，得到了一些与实验观测结果吻合得到很好结论，提出了一些有利于改善和控制非线性光导开关的工作特性的可行手段。     

高效率微带线光导开关非线性特性的实验研究

本文报道了高效率微带线光导开关非线性输出特性的实验研究,给出了输出波形,并与普通微带线电路光导开关的输出进行了比较,指出了这种微带线电路光导开关非线性输出的高效率特性、双极特性及利用非线性光导开关研制新型高效率、高压、高功率超短电脉冲产生器的可能性.     

半绝缘GaAs光电导开关体内热电子的光电导振荡特性

用波长为532 nm、脉冲宽度为5 ns的超短激光脉冲触发电极间隙为4 mm的半绝缘GaAs光电导开关,开关偏置电压从500 V开始以步长50 V逐渐增加,直到开关出现非线性电脉冲输出.研究表明,线性和非线性电脉冲波形均呈现出在经历一个主脉冲之后,其后跟随几个幅值较小且具有周期性和不同程度的减幅振荡.分析了开关体内载流子（热电子）的微观状态和输运过程,在直流偏置电场作用下,开关体内的热电子在电子-电子、电子-声子相互作用过程中,当它们的弛豫时间大于载流子的寿命时, 光电子的输运可通过迁移率变化引起光电导振荡, 这是开关输出电脉冲出现振荡的原因. 关键词： 光电导开关 热电子 弛豫 光电导振荡     

强超短脉冲抽运下半导体光放大器中的非线性过程

建立了包含载流子浓度脉动(CDP)、自由载流子吸收(FCA)、受激辐射(SE)、双光子吸收(TPA)、光谱烧孔(SHB)和超快非线性折射(UNR)过程的半导体光放大器(SOA)理论模型,通过与已报道的实验结果的比较对模型进行了验证,实现了对已有 SOA模型的修正,并对UNR,FCA和TPA效应对强超短光脉冲传输特性的影响进行了分析.当脉宽为几个皮秒的强光脉冲注入工作于透明电流下的SOA时,其强度特性主要受FCA和TPA效应的影响.由于加入了FCA效应,使模型对200fs脉冲强度传输特性的仿真结果与实验结果 关键词： 非线性过程 强超短光脉冲 SOA理论模型 增益透明     

增益非线性对超短腔激光器速率方程的影响

用量子阱激光器增益与载流子浓度的对数关系（增益饱和效应）取代了体材料的线性关系，得到了适用于量子阱结构的速率方程。详细分析和计算了这一修正的影响。计算表明，对长腔（低损耗）器件线性关系是较好的近似；对短腔（高损耗）、线性关系则有较大的误差，必须考虑增益饱和的影响，否则将过高估算自发辐射因子的测量值，过高估计弛豫振荡频率和最大调制频率。这一结果对微腔激光器的研究具有重要的意义。     

高增益砷化镓光导开关中的光致电离效应

研究了光致电离在高增益本征砷化镓(GaAs)光导开关(PCSS)中的效应.在高增益本征砷化镓光导开关中,各级流注发展由三个过程组成:光致电离、畴电子崩(DEA)和载流子碰撞电离雪崩生长.光致电离在本征砷化镓绝缘区中产生局部高载流子密度区域,提供了允许畴存在的局域环境.光致电离包括激光触发和流注的复合辐射两种情形.分析了光导开关的最优触发激光条件.通过计算机数值模拟,计算了在距离流注表面y≤30 μm的范围内,平均光生载流子密度n(t=0)乘以该局域的特征尺度满足偶极畴成核条件:n(t=0)·y>1012 cm-2;探讨了流注的复合辐射在流注周围产生非平衡载流子的规律;发现了触发区域沿电场方向的长度阈值LEC,触发区域的特征长度LE必须满足条件:LE≥LEC.     

用于超短脉冲CO_2激光的半导体光开关理论建模与数值分析

本文开展了基于半导体光开关技术实现超短脉宽CO_2激光输出的物理机制研究。首先,在分析光生载流子过程及载流子复合扩散机制的基础上,引入直接吸收、俄歇复合、等离激元辅助复合以及双极扩散等物理过程,并基于Drude理论,完善了半导体光开关理论模型。其次,利用该模型对两级半导体光开关产生超短CO_2脉冲机制进行了数值模拟及分析,结果显示该模型与国外最新实验结果一致,表明了模型的合理性与正确性。最后,利用该模型分析了控制光脉冲宽度对两级光开关工作效率的影响,发现短的控制光脉冲更有利于精确、高效地截取出高质量的超短CO_2脉冲。本文研究证明半导体光开关法是实现超短CO_2激光脉宽可调输出的有效技术途径。     

OPS网络中SOA交换矩阵的串扰研究

通过对光开关和节点流量进行建模,利用新颖的等效串扰系数法,研究了基于XGM效应的SOA开关矩阵在OPS网络中的串扰问题.分析了SOA的各种参量以及节点流量特性对开关隔离度、节点中由串扰造成的误码率以及节点级联能力的影响.提出了优化SOA交换矩阵的具体措施,包括提高SOA的载流子寿命、控制脉冲能量和节点中流量的单播特性,以及降低SOA的饱和能量和有源区长度等.     

半绝缘GaAs光电导开关非线性电脉冲超快上升特性研究

利用流体模型对光生载流子的输运进行了模拟研究,结果表明载流子在输运过程中形成的光激发电荷畴是产生电脉冲超快上升特性的主要原因.对光激发电荷畴的形成和吸收过程的进一步研究表明：1)形成过程中的光激发电荷畴增强了电子的浓度梯度;2)光激发电荷畴在被阳极吸收的过程中,光电导开关偏置电压的快速下降能促进电流上升速度.光激发电荷畴的形成和吸收两大过程共同作用下,形成了电脉冲的超快上升特性. 关键词： 光电导开关 非线性模式 光激发电荷畴 上升时间     

高压GaAs光导开关的锁定及延迟效应机理分析

利用二维器件模拟程序MEDICI对GaAs光导开关（PCSS's)的动态非线性特性，特别是高场下呈现出的锁定及延迟效应的工作机制进行了仿真研究，仿真结果表明深能级陷阱能显著影响开关中的电场，载流子，电流密度等分布，引起电流的延迟，使开关中某些区域的电场动态增强，并足以达到雪崩的强度，从而引起载流子雪崩倍增，并在外电路的作用下，使开关进入锁定状态，仿真结果与实验现象基本相符，由此得出结论：高压GaAs光导开关实验中所观察到的锁定及延迟等现象均与开关材料中故意或非故障引入的深能级陷阱密切相关。