砷化鎵光導(dǎo)開關(guān)的物理機(jī)理.pdf

1、本文研究了砷化鎵光導(dǎo)開關(guān)（PCSS）的物理機(jī)理，重點(diǎn)在于對高增益砷化鎵光導(dǎo)開關(guān)的物理機(jī)制作了創(chuàng)新性和探索性研究。高增益砷化鎵光導(dǎo)開關(guān)的物理機(jī)理對器件的性能設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。論文工作注重理論分析與實(shí)驗(yàn)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(yīng)的聯(lián)系、lock-on電流的快速上升時(shí)間等實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2、的基礎(chǔ)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(dǎo)開關(guān)的“流注模型”的理論基礎(chǔ)。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(jī)制，解釋了高增益砷化鎵光導(dǎo)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(dǎo)開關(guān)的物理機(jī)理初步建立了一個(gè)完整、統(tǒng)一、自洽的理論框架。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴應(yīng)用半導(dǎo)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(dǎo)開關(guān)的工作機(jī)理

3、，提出了以疇電子崩為基礎(chǔ)的流注模型。理論描述了多級(jí)流注形成和發(fā)展，連通兩個(gè)電極的電流絲放電，導(dǎo)致lock-on效應(yīng)發(fā)生。各級(jí)流注發(fā)展由三個(gè)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(dǎo)致流注形成。光致電離包括激光照明和流注的復(fù)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(yīng)、光致電離效應(yīng)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(jī)制是電離波，分析揭示了第一個(gè)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(dǎo)致lock-on效應(yīng)發(fā)生。應(yīng)用這個(gè)模型合理解釋了高增益砷化鎵光導(dǎo)開關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　 ⑵針對光導(dǎo)開關(guān)產(chǎn)生的線性電脈沖的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合外電路，應(yīng)用計(jì)算機(jī)對光導(dǎo)開關(guān)進(jìn)行了數(shù)值模擬。第一章回顧了光導(dǎo)開關(guān)的研究進(jìn)展，闡明了高增益砷化鎵光導(dǎo)開關(guān)