大功率半絕緣GaAs光電導(dǎo)開關(guān)瞬態(tài)傳輸特性及其損傷機(jī)理的研究.pdf

1、GaAs光電導(dǎo)開關(guān)是利用脈沖激光器與半絕緣GaAs相結(jié)合組成的一類新型超快光電器件。與傳統(tǒng)開關(guān)相比,半導(dǎo)體光電導(dǎo)開關(guān)具有觸發(fā)無晃動、寄生電感電容小、上升時間快、關(guān)斷時間短、重復(fù)頻率高等特點,特別是耐高壓及大功率容量使其在超高速電子學(xué)和大功率脈沖產(chǎn)生與整形技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。用GaAs光電導(dǎo)開關(guān)產(chǎn)生高功率高壓無晃動超短電脈沖的研究,成為國防建設(shè)、超寬帶通信、超寬帶雷達(dá)、電磁武器的實現(xiàn)等領(lǐng)域急需解決的關(guān)鍵問題。本文通過GaAs光電導(dǎo)

2、開關(guān)芯片材料特性的研究,分析了散射機(jī)制對電脈沖輸出特性的影響；總結(jié)了線性和非線性模式下的實驗規(guī)律,用光激發(fā)電荷疇模型分析了光電導(dǎo)開關(guān)非線性模式下傳輸特性；對非線性工作模式下的使用壽命問題展開實驗研究和理論分析。 本文著重討論了半絕緣GaAs的材料特性,對其電阻率、雜質(zhì)和缺陷、載流子遷移率等幾個方面進(jìn)行了較為全面的分析。研究了半絕緣GaAs材料中的散射機(jī)制,并根據(jù)散射理論計算了各種散射機(jī)制的散射率和散射終態(tài)的一般表達(dá)式,選擇出對半

3、絕緣GaAs光電導(dǎo)開關(guān)輸出電脈沖產(chǎn)生主要影響的散射機(jī)制,并具體討論了當(dāng)溫度、最大觸發(fā)光功率、開關(guān)縫隙長度等參數(shù)發(fā)生變化時,散射機(jī)制對光電導(dǎo)開關(guān)輸出特性的影響。對線性模式下的光電延遲、輸出電脈沖展寬等實驗現(xiàn)象理論分析。研究表明,引起輸出電脈沖展寬的主要原因是由于反位AsGa點缺陷能級的俘獲作用,并成功地解釋了實驗結(jié)果。 用光激發(fā)電荷疇理論分析了半絕緣GaAs光電導(dǎo)開關(guān)在非線性工作模式下的輸出特性和光電閾值條件。在總結(jié)實驗規(guī)律的基礎(chǔ)

4、上,得到半絕緣GaAs光電導(dǎo)開關(guān)非線性模式的光電閾值條件,指出當(dāng)光能觸發(fā)使開關(guān)滿足n0L≥1012cm-2時,達(dá)到形成高場疇的必要條件,閾值電場的作用是使材料體內(nèi)產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移效應(yīng)。光場、電場的共同作用使開關(guān)體內(nèi)產(chǎn)生高場疇。高場疇的輸運(yùn)決定了光電導(dǎo)開關(guān)輸出電脈沖的特性。用電荷疇的觀點討論光電導(dǎo)開關(guān)在線性區(qū)域、非線性區(qū)域及閾值區(qū)的工作特性。分析了高電壓下引起半絕緣GaAs光電導(dǎo)開關(guān)的光電延遲的原因,得到與實驗測試結(jié)果相吻合的結(jié)論。