光导开关的理论分析及实验研究

论文摘要

本文以研究超宽带光导脉冲源的核心光导开关的工作原理和实际应用为目的，模拟了光导开关在线性工作模式下的输出电脉冲，研究了光导开关的线性模式，对非线性模式进行了分析，并结合实验结果做了分析讨论，对实验用到的缝隙渐变天线进行了仿真计算。在第一章中，介绍了光导开关的实验研究、理论研究以及应用研究的现状，同时概括了本论文的主要工作。在第二章中，介绍了光导开关的制作及比接触电阻的测量，详细阐述了材料的选取、机械结构的设计、实际的加工流程及绝缘措施。在第三章中，介绍了半导体材料对光的吸收规律，通过研究各种重要的复合机制，漂移和扩散作用等对光导开关光电导响应的影响，建立了线性模式下的瞬态响应模型，对PCSS线性工作模式进行了模拟计算；指出PCSS的非线性工作模式是一种由光触发引起的典型的畴现象，列出PCSS非线性工作模式的数学描述．分析了畴内峰值电场与畴外电场的关系、畴电压与偏置电场之间的关系。在第四章中，对实验中用到的缝隙渐变天线进行了仿真计算；介绍了大注入情况下的准费米能级模型和线性工作模式下的饱和光能问题；对非线性工作模式的阈值条件进行了实验研究；分析了光导开关瞬态特性与偏置电压的关系；分析了线性与非线性的临界状态实验结果。在第五章中，对本文的工作进行了总结，并展望了未来的发展趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 PCSS 理论研究动态
• 1.2 PCSS 实验研究动态
• 1.3 PCSS 应用研究动态
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第二章 光导开关的研制和比接触电阻的测试
• 2.1 光导开关的制作
• 2.1.1 制作光导开关导体材料的选取
• 2.1.2 光导开关机械结构设计
• 2.1.3 光导开关电极加工工艺
• 2.1.4 光导开关的绝缘措施
• 2.2 比接触电阻的测量
• 第三章 PCSS 物理机制分析
• 3.1 半导体材料对光的吸收规律
• 3.2 半导体中载流子运动规律描述
• 3.2.1 载流子的扩散运动
• 3.2.2 载流子的漂移运动
• 3.2.3 复合理论
• 3.3 光导开关的工作原理
• 3.4 PCSS 线性工作模式的物理机制的研究
• 3.4.1 PCSS 线性工作模式的物理机制
• 3.4.2 PCSS 线性工作模式的瞬态响应模型
• 3.4.3 PCSS 线性工作模式的数学描述
• 3.4.3.1 光生载流子浓度计算
• 3.4.3.2 载流子满足的连续性方程
• 3.4.3.3 丹倍效应
• 3.4.4 PCSS 线性工作模式的计算模拟
• 3.4.4.1 计算方法
• 3.4.4.2 模拟计算结果
• 3.5 PCSS 非线性工作模式的物理机制的研究
• 3.5.1 PCSS 非线性工作模式的物理机制
• 3.5.2 PCSS 非线性工作模式的数学描述
• 3.5.2.1 光生载流子产生的高场畴
• 3.5.2.2 畴内峰值电场与畴外电场之间的关系—等面积定理
• 3.5.2.3 偶极畴的几何尺寸问题
• 3.5.2.4 畴电压与偏置电场之间的关系
• 第四章 PCSS 的实验研究
• 4.1 实验测试所用的缝隙渐变天线的仿真计算
• 4.2 线性工作模式与非线性工作模式实验测试
• 4.2.1 大注入情况下的准费米能级模型
• 4.2.2 光导开关线性工作模式下的饱和光能问题
• 4.2.3 光导开关的导通光能
• 4.2.4 非线性工作模式的阈值条件实验研究
• 4.2.4.1 光导开关的瞬态特性与偏置电压的关系
• 4.2.4.2 偏置电压与光能阈值条件
• 4.2.4.3 偏置电场与光能阈值条件定性分析
• 4.2.5 线性与非线性的临界状态实验结果
• 4.3 结论
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的成果