半絕緣GaAs開關中光激發(fā)電荷疇的理論研究.pdf

1、半絕緣砷化鎵光導開關(Semi-Insulated GaAs Photoconductive semiconductorSwitches-PCSS’s)具有極其優(yōu)良的特性,在超高速電子學、大功率脈沖、超寬帶雷達、脈沖功率技術和THz等領域都有著廣泛的應用前景,因此倍受半導體和光學界的關注。在線性工作模式的理論和應用研究都已趨于成熟,并逐漸達到了實用化的水平以后,對非線性工作模式的理論和應用研究也有了很大進展。本論文是在光導開關器件方程的

2、基礎上,基于GaAs多能谷理論的轉移電子效應,建立一個較為完善的光激發(fā)電荷疇理論模型來解釋了光導開關中各種線性、非線性現(xiàn)象。 本論文首先從GaAs多能谷結構出發(fā),介紹了轉移電子效應,討論了n型GaAs中偶極疇和光導開關中光激發(fā)電荷疇的形成過程與輸運過程,詳細分析了兩者電流曲線出現(xiàn)差異的原因。接著從基本的漂移.擴散方程出發(fā),建立了光導開關的器件方程,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性現(xiàn)象。并利用EL

3、2能級的陷阱效應解釋了未能很好解決的長延遲時間的非線性現(xiàn)象。然后從介紹半絕緣GaAs光電導天線產(chǎn)生THz輻射機理入手,討論了半絕緣GaAs開關產(chǎn)生THz輻射的信噪比和功率低的原因。在基于這個分析的基礎上,提出使用外電路控制的方法,讓光導開關兩端的電壓呈現(xiàn)周期性變化,使光激發(fā)電荷疇(或者沒有形成疇的電子積累層)猝滅,利用了半絕緣GaAs中載流子壽命長的特點,使得載流子在器件中多次被加速以及發(fā)生轉移電子效應,來提高THz輻射的功率和信噪比。