项目名称: 光猝灭/电场调控下非线性光电导开关的工作机理和稳定性研究

项目编号: No.51477140

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 电工技术

项目作者: 徐鸣

作者单位: 西安理工大学

项目金额: 86万元

中文摘要: 围绕弱光/强电场下高功率大电流砷化镓光电导开关(GaAs PCSS)重复频率的工作寿命问题,对GaAs PCSS非线性工作模式在光猝灭/电场调控作用下的工作机理和稳定性进行深入研究。采用双光束级联触发和外部负载放电周期性作用的组合方式,控制导通时间、均匀瞬态电场,将因光致碰撞电离引起的、以光激发电荷畴(PACD)为表现形式的载流子约束在特殊的输运状态下,实现猝灭畴诱发具有瞬态载流子雪崩倍增机制的线性波形输出。基于光泵浦-THz探测平台和模拟分析,确定光生载流子从产生到畴猝灭的瞬态约束条件,利用成熟的PACD猝灭模式来实现超快电脉冲的重复频率输出。建立包括半导体材料处理、光电导开关制备、电极结构设计、绝缘封装等方面在内的弱光/强电场下光电导开关非线性模式调控综合评价体系。研制工作电压>50kV,输出电流~1kA,重复频率kHz量级,电流脉冲宽度百ps到几十ns量级的GaAs PCSS器件。

中文关键词: 砷化镓;非线性;猝灭;重复频率;太赫兹

英文摘要: In this proposal, we plan to investigate the mechanism and stability of operation of non-linear (high gain) GaAs photoconductive semiconductor swithes (GaAs PCSS) affected by laser quenching and electric field modulation,in order to improve the lifetime of high power, high current GaAs PCSS operated at repetition rate, with lower excitation and high electric field bias. In order to restrain the process of photo-activated carriers within a special suppressed state and quench the non-linear mode,it is used with excitation of two laser pulses delayed each other and influence of external periodic discharge. The conduction time of PCSS is controlled and the approximate uniformity of momentary electric field is obtained. Then, the transportion of photo-activated carriers, in the form of photo-activated charge domain (PACD) which is resulted from photo-activated impact ionization, is restrained in a special state. Consequently, the linear waveform featured by the mechanism of high gain avalanche is achieved. Based on the optical pump and THz probe system which has already been built, the critical restrain conditions of process from the generation of photo-activated charge domain (PACD) to quench is determined. The proven techique, using the PACD's quenching mode to switch pulses at a certain repetition rate, is achieved. In addition, the assessment system of non-linear operation of PCSS under low optical excition and high electric field,including the semiconductor process,fabrication of PCSS, design of electrodes' structure and isolated encapsulation is built. Finally, the GaAs PCSS devices with the advantages of non-linear mode are developed, which can operate at bias voltage above 50 kV, current as high as 1kA, repetition frequency in the range of kilohertz,pulsewidth of the order of magnitude from hundreds picoseconds to tens nanoseconds.

英文关键词: GaAs;non-linear;quenching;repetition frequency;terahertz

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