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。     

半导体断路开关实验研究

 介绍了半导体断路开关（SOS）特性参数测试平台和测试方法，并对半导体断路开关的截断阻抗、截断时间、电压增益、输出脉冲半高宽以及能量传递效率等参数进行了实验研究。结果表明，正、反向泵浦时间是影响半导体断路开关特性的最主要因素。实验获得了截断时间、电压增益和能量传递效率与正、反向泵浦时间的依赖关系以及SOS截断过程中的阻抗变化特性。     

共面不对称条件下Ag+(4p,4d)(e,2e)反应三重微分截面的理论研究

采用扭曲波玻恩近似(DWBA)理论计算了共面不对称几何条件下Ag⁺(4p⁶) 及Ag⁺(4d¹⁰)在不同入射电子能量和散射电子角度下(e,2e)反应的三重微分截面. 散射电子角度为4°, 10°和20°. 计算结果表明, Ag⁺(4p⁶)(e,2e)反应的三重微分截面其binary峰峰位或劈裂峰的谷位与动量转移方向有较大差别, 这可能是由于一种两次两体碰撞造成的. 另外, 还发现Ag⁺(4p⁶)(e,2e)反应三重微分截面的binary峰出现了反常劈裂现象, 这表明离子靶内壳层电离(e,2e)反应过程较外壳层更为复杂.对Ag⁺(4p⁶)及Ag⁺(4d¹⁰), 除binary峰和recoil峰以外, 在其他敲出电子角度出现了新的峰, 本文用几种两次两体碰撞过程对这些新的峰进行了解释.     

半导体断路开关输出预脉冲的产生机理及其参数影响规律

半导体断路开关的输出电压中的预脉冲现象,严重影响了整个系统的输出脉冲前沿陡度和重复频率。针对半导体断路开关在反向截断过程中预脉冲产生的过程和机理进行了研究。利用Silvaco Atlas仿真软件对半导体断路开关正反向泵浦过程中载流子的迁移和电场的变化过程进行了详细考察,发现预脉冲的产生是由双边截断过程中N-N+结截断所引起的脉冲前沿变缓现象,其长短主要取决于P型轻掺杂区内的少子电子的迁移率,而脉冲前沿的陡度则取决于双边截断过程中的PN结截断过程。同时,对具有不同基区长度的器件,对其在不同泵浦电流密度下的情况进行了模拟和对比,发现器件基区越窄,脉冲前沿越陡,而预脉冲基本相等;低电流密度条件下只发生N-N+结单边截断,大电流密度条件下则发生双边截断,而双边截断的延迟更长,但脉冲前沿拐点更陡,截断更快。     

正负电子对撞多粒子末态的动力学起伏

运用Jetset产生器分别在实验室系和冲度轴坐标系中对e⁺e^—对撞多粒子末态中阶乘矩的标度性质进行了研究.在这两种情况下,用各向同性的相空间分割得到的三维InF₂～InM都近似于直线,表明e⁺e^－对撞末态相空间中的动力学起伏近似各向同性.在实验室系中由p_x,p_y,p_z的F²～M拟合Ochs公式得到的三个γ值近似相等;在冲度轴系中,在φ方向上适当选取起始拟合点,三个γ值也比较相近,进一步肯定了这一论断.这一结果表明,软、硬过程动力学起伏的本质特征──各向异性或(近似)各向同性,可以通过碰撞过程中阶乘矩标度性质的研究而揭示出来.因此,深入研究各种碰撞过程中阶乘矩的标度性质,对于了解碰撞动力学的本质有重要意义.     

塑压接触平面上之长程滑动与短程滑动(等倾陡线规律)

塑压接触面之质点滑动线称“摩擦线”。滑动现象有两种基本类型,一为“长程滑动”,摩擦线为质点之长程连续轨迹,如抽拔,挤压,冲压等塑性过程中之滑动;一为“短程滑动”,质点仅在摩擦线上滑动一微小距离,如锻,轧,压力实验等过程中之滑动(小压缩时)。过去对这两种滑动现象之规律未曾分别处理。本文将摩擦力接纯力学关系视为一切应力,即压应力p与摩擦应力τ,以边界平衡关系,相系于一应力函数F: τ=Fp, F=((l₁²p₁²+l₂²p₂²+l₃²p₃²)/(l₁²p₁+l₂²p₂+l₃²p₃)²)^1/2-1, p₁,p₂,p₃为内部主应力; l₁,l₂, l₃为p对p₁,p₂,p₃之夹角余弦。除视τ为p之函数τ=τ(p)外,对摩摩力之物理性质不作规定。在此基础上,以住意质点滑动之最小摩阻功为基本条件分析滑向规律,一如任意质点滑动之最小摩阻力条件之于“陡线规律”。如此,则问题类于古典变分问题,变分方程引出两结论:在短程滑动中,滑向规律为已知之陡线规律;在长程滑动中为以下将提出之“等倾陡线规律”。并得到几个有关重要推论。     

无定形靶中离子注入的R,Rp,△Rp的理论计算

本文在Thomas-Fermi势能基础上,导出了全射程R的解析解:R=2/a[E^1/2-A₁(arctg(2E^1/2-f)/△^1/2+arctg f/△^1/2)+B₁ln((E^1/2-f)²)/(E-fE^1/2+d) ·d/f²],其中A₁,B₁,f,d和△均为与离子及靶的质量、原子序数有关的常数。结合导出的η=R/(R_p)(R_p指投影射程)比值的双曲线函数关系 η=F(μ)[A₂(μ)+(B₂(μ))/(ε^1/2+C)],和ω=R_p/△R_p(△R_p指投影射程的标准偏差)比值的线性关系ω=A₃(μ)ε^1/21/2+B₃(μ),可简便而又准确地计算R,△R_p,R_p.这里F(μ),A₂(μ),B₂(μ), B₃(μ)和A₃(μ)为μ的代数函数,μ为离子与靶的质量比,C是经验常数.并对η等关系式的物理意义作了讨论。上述公式的计算结果与Gibbons的数值解结果及有关实验结果作了比较,表明可用于元素半导体如Si、二元化合物如GaAs以及三元化合物如SiO₂等;既对较轻离子适用,也对重离子适用,具有一定的普适范围。     

同位旋守恒对奇异性产生的约束

考虑同位旋守恒约束和奇异夸克的产生压低,研究了高能pp碰撞中的K/π比值,给出了K⁺/π⁺和K^－/π^－与末态产生粒子多重数之间的关系,并提出采用一个近似与参数无关的(K⁺/π⁺)/(K^－/π^－)比值来反映这一过程中同位旋守恒的约束.     

用同位旋分离的RVUU模拟重离子碰撞

推广了原来的RVUU模型,进一步分离了粒子的同位旋自由度. 并用它模拟了每核子1GeV入射能量的Au+Au碰撞,得到了与实验符合很好的p.π⁺和K⁺动量谱,K⁺与π⁺多重数及其比值K⁺/π⁺随参加粒子数目的变化规律,同时从理论上分析了K⁺/π⁺产额比曲线的物理意义.     

[Co(CO2)n]+团簇的红外解离光谱实验和理论研究

本文利用红外光解离光谱研究了一价钴阳离子与二氧化碳之间的相互作用. 通过密度泛函理论计算得到[Co(CO₂)_n]⁺团簇的几何结构,并且模拟了它们的振动光谱与实验数值进行比较. 研究结果表明,在[Co(CO₂)_n]⁺(n=2∽6)团簇中,钴阳离子通过电四极矩静电作用以端点结合的方式与二氧化碳中的氧原子结合在一起. 团簇的红外光谱都集中在二氧化碳反对称伸缩的波数附近,并且随着团簇尺寸的变化出现蓝移,最后把[Co(CO₂)_n]⁺的红外光解离光谱与稀有气体贴附的[Co(CO₂)_n]⁺-Ar的红外光解离光谱进行了比较.     

基于SOS和LTD技术的高重复频率脉冲发生器

提出了磁饱和直线变压器驱动源(LTD)泵浦半导体断路开关(SOS)产生高重复频率短脉冲的技术路线。利用LTD初次级线圈为单匝同轴结构和磁芯可饱和的特点,实现快速反向泵浦SOS,通过多级LTD模块叠加获得高电压输出。采用射频金属氧化物场效应晶体管(RF MOSFET)作为LTD初级电路的主开关,将SOS正向泵浦电流脉冲时间降至数十ns,泵浦电流脉冲重复频率最高可达MHz。最终研制出一台基于SOS的10级磁饱和LTD型脉冲发生器,输出电压约11kV,电流220A,脉冲宽度约2ns,重复频率为20kHz。实验验证了磁饱和直线脉冲变压器泵浦SOS产生高重复频率短脉冲的技术路线可行。     

半导体断路开关截断过程模拟的缩比模型

在维持电路参数同比变化和通过半导体断路开关(SOS)的电流密度不变的基础上,提出了一种SOS截断特性模拟的缩比模型,并可在Silvaco ATLAS软件中应用。在以不同的缩比率选取等效SOS横截面积的情况下,将原电路中串联的100个二极管等效为若干个二极管,模拟得到了相同的二极管电流和电压波形。模拟结果表明,该模型不仅可以得到正确的SOS瞬态截断过程,而且可将计算速度提高近百倍。通过对SOS截断过程中载流子分布和电场分布变化过程的分析发现,SOS的截断过程发生在n-n+区。     

半导体断路开关输出脉冲宽度的参数影响规律

采用Silvaco TCAD软件,对P+-P-N-N+SOS结构输出脉冲宽度的参数影响规律进行了一维数值模拟研究,包括N+区扩散深度、有效横截面积、外电路参数等。模拟结果表明:随着N+区扩散深度、有效横截面积的增加和外电路电阻的增大,输出脉冲的宽度减小。通过参数优化,获得了脉宽约为4 ns的输出脉冲。     

等离子体断路开关的一维磁流体力学数值模拟

 采用磁流体力学的方法对等离子体端路开关进行了一维数值模拟，通过对给定的进入等离子体的电流波形模型的计算，给出了轴向上等离子体的运动及其不同时刻的密度分布，分析了磁场在等离子体内部的异常渗透过程，指出考虑Hall效应是产生这一异常现象的最为主要的因素。     

Influence of input electrode of micro-channel plate on opening area ratio and its improvement北大核心CSCD

微通道板作为一种关键的电子倍增器件,广泛应用于诸多领域。分析了NiCr膜层作为微通道板的输入端电极时,对微通道板开口面积比的影响,建立了理论模型,计算了膜层厚度、镀膜深度等参数对开口面积比的影响。开展了2种减小开口面积比损失的镀膜研究:一是进行工艺调整,减弱合金蒸发的分馏效应,降低电极膜层的电阻率,开口面积比损失量降低约2%;二是改变镀膜方式,使用Ni、Cr金属单质镀制叠层薄膜,在镀膜过程中调控镍、铬的比例,将输入端电极中镍比例升高,同样可以降低电极膜层的电阻率,在满足面电阻要求的前提下,可减薄输入端膜层至86 nm,与300 nm厚度的常规镍铬合金膜层相比,MCP输入端的开口面积比损失量降低3%~4%,MCP增益提升6%。     

基于半导体断路开关的8 MW,10 kHz脉冲发生器

 功率器件半导体断路开关具有高重复频率工作能力。采用高速绝缘栅双极晶体管组件作为初级充电回路的主开关,建立了一台工作频率为10 kHz的脉冲发生器。脉冲发生器采用磁饱和脉冲变压器、磁开关及高压脉冲电容器组等固态器件进行两级脉冲压缩,产生小于100 ns的电流脉冲,对半导体断路开关进行泵浦,半导体断路开关反向截断泵浦电流在负载上产生高压脉冲输出。实验装置在电阻负载上得到了脉冲输出功率约为8.6 MW,脉冲宽度约10 ns,重复频率10 kHz的高压脉冲输出。     

长导通等离子体开关断路过程的粒子模拟

 利用PIC(particle-in-cell) 粒子模拟方法对长导通等离子体断路开关的断路过程进行了模拟研究。介绍了计算模型的建立和边界的处理。模拟结果揭示了断路间隙的形成过程和机制,并据此对等离子体断路开关断路阶段的现有模型进行了定性的修正,认为断路过程中Hall融蚀和静电融蚀机制将同时存在,静电融蚀在开关最终的断路中占主导作用,且静电融蚀是由于磁场排斥引起的。     

基于PSpice的电爆丝断路开关数值仿真

电爆丝断路开关是在电感储能系统中广泛应用的断路开关,其具有结构简单、成本低、截断能力强的特点。介绍了电爆丝工作的基本原理,其本质为一个快速增长的电阻,利用高阻抗来实现断流。通过PSpice软件建立了电流通过电爆丝断路开关工作时,其电阻变化的模型,从而可以仿真电爆丝断路开关的工作过程。设计了一组电爆丝断路开关的实验,PSpice模型仿真结果同实验结果进行了比较。结果发现,该模型起爆时刻,产生电压幅值等方面和实验结果比较接近,说明该模型比较科学合理,对以后的电爆丝断路开关的设计具有较大的参考价值。分析了产生误差的原因及该种仿真方法的局限性。