半絕緣GaAs開(kāi)關(guān)中光激發(fā)電荷疇的理論研究.pdf

1、半絕緣砷化鎵光導(dǎo)開(kāi)關(guān)(Semi-Insulated GaAs Photoconductive semiconductorSwitches-PCSS’s)具有極其優(yōu)良的特性,在超高速電子學(xué)、大功率脈沖、超寬帶雷達(dá)、脈沖功率技術(shù)和THz等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景,因此倍受半導(dǎo)體和光學(xué)界的關(guān)注。在線(xiàn)性工作模式的理論和應(yīng)用研究都已趨于成熟,并逐漸達(dá)到了實(shí)用化的水平以后,對(duì)非線(xiàn)性工作模式的理論和應(yīng)用研究也有了很大進(jìn)展。本論文是在光導(dǎo)開(kāi)關(guān)器件方程的

2、基礎(chǔ)上,基于GaAs多能谷理論的轉(zhuǎn)移電子效應(yīng),建立一個(gè)較為完善的光激發(fā)電荷疇理論模型來(lái)解釋了光導(dǎo)開(kāi)關(guān)中各種線(xiàn)性、非線(xiàn)性現(xiàn)象。 本論文首先從GaAs多能谷結(jié)構(gòu)出發(fā),介紹了轉(zhuǎn)移電子效應(yīng),討論了n型GaAs中偶極疇和光導(dǎo)開(kāi)關(guān)中光激發(fā)電荷疇的形成過(guò)程與輸運(yùn)過(guò)程,詳細(xì)分析了兩者電流曲線(xiàn)出現(xiàn)差異的原因。接著從基本的漂移.擴(kuò)散方程出發(fā),建立了光導(dǎo)開(kāi)關(guān)的器件方程,綜合考慮了碰撞電離,流注,電流絲等理論,比較全面的解釋了各種非線(xiàn)性現(xiàn)象。并利用EL

3、2能級(jí)的陷阱效應(yīng)解釋了未能很好解決的長(zhǎng)延遲時(shí)間的非線(xiàn)性現(xiàn)象。然后從介紹半絕緣GaAs光電導(dǎo)天線(xiàn)產(chǎn)生THz輻射機(jī)理入手,討論了半絕緣GaAs開(kāi)關(guān)產(chǎn)生THz輻射的信噪比和功率低的原因。在基于這個(gè)分析的基礎(chǔ)上,提出使用外電路控制的方法,讓光導(dǎo)開(kāi)關(guān)兩端的電壓呈現(xiàn)周期性變化,使光激發(fā)電荷疇(或者沒(méi)有形成疇的電子積累層)猝滅,利用了半絕緣GaAs中載流子壽命長(zhǎng)的特點(diǎn),使得載流子在器件中多次被加速以及發(fā)生轉(zhuǎn)移電子效應(yīng),來(lái)提高THz輻射的功率和信噪比。