砷化鎵光導開關(guān)的物理機理.pdf

1、本文研究了砷化鎵光導開關(guān)（PCSS）的物理機理，重點在于對高增益砷化鎵光導開關(guān)的物理機制作了創(chuàng)新性和探索性研究。高增益砷化鎵光導開關(guān)的物理機理對器件的性能設計和工程應用具有重大的現(xiàn)實意義。論文工作注重理論分析與實驗研究的聯(lián)系以及承前啟后的作用。在分析高增益砷化鎵PCSS中的S-形電流-電壓（I-V）特征曲線、光致電離、高場疇和電流絲的關(guān)系、電流絲的特征、電流絲與鎖定（lock-on）效應的聯(lián)系、lock-on電流的快速上升時間等實驗結(jié)果

2、的基礎上，提出了“疇電子崩（DEA）”概念和“電離波（IW）”過程，奠定了高增益砷化鎵光導開關(guān)的“流注模型”的理論基礎。疇電子崩和電離波過程描述了載流子的“局域高（電）場碰撞電離”雪崩生長機制，解釋了高增益砷化鎵光導開關(guān)中流注形成和傳播、以及“低場雪崩”現(xiàn)象。對高增益砷化鎵光導開關(guān)的物理機理初步建立了一個完整、統(tǒng)一、自洽的理論框架。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴應用半導體物理結(jié)合氣體放電等理論系統(tǒng)研究高增益砷化鎵光導開關(guān)的工作機理

3、，提出了以疇電子崩為基礎的流注模型。理論描述了多級流注形成和發(fā)展，連通兩個電極的電流絲放電，導致lock-on效應發(fā)生。各級流注發(fā)展由三個過程組成：光致電離、與載流子注入相聯(lián)系的疇電子崩（DEA）和載流子碰撞電離雪崩生長導致流注形成。光致電離包括激光照明和流注的復合輻射兩種情形，提出了觸發(fā)區(qū)域沿電場方向的長度閾值，揭示了流注的輻射效應、光致電離效應產(chǎn)生的局域平均非平衡載流子密度的上限。提出了疇電子崩的必要條件和基本特征。描述了在流注傳播

4、期間，器件的S形I-V特征曲線的發(fā)展過程。揭示了流注的形成和發(fā)展的一般規(guī)律。提出電流絲中的維持機制是電離波，分析揭示了第一個返回電離波使器件從空間電荷限制的電流轉(zhuǎn)變?yōu)楦呙芏容d流子的雙注入大電流，導致lock-on效應發(fā)生。應用這個模型合理解釋了高增益砷化鎵光導開關(guān)的實驗結(jié)果。
　　 ⑵針對光導開關(guān)產(chǎn)生的線性電脈沖的實驗結(jié)果，結(jié)合外電路，應用計算機對光導開關(guān)進行了數(shù)值模擬。第一章回顧了光導開關(guān)的研究進展，闡明了高增益砷化鎵光導開關(guān)