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GaAs材料光电导开关器件模拟

作　者: 徐雪刚
导　师: 施卫
学　校: 西安理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 蒙特卡罗模拟方法线性工作模式非线性工作模式
分类号: TM564
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

用半导体光电导开关(Photoconductive Semiconductor Switches,简称PCSS’s)产生的超短电磁脉冲可应用于雷达、通信、THZ成像等技术领域。与传统开关相比,PCSS’s具有开关速度快、触发无晃动、寄生电感电容小、高重复频率、结构简单紧凑等特点。在触发光脉冲一定的情况下,半导体光电导开关中的载流子在开关里面的输运情况从根本上决定了所输出的电脉冲的波形,而影响载流子的输运的因素除了材料本身的能带结构,还有半导体光电导开关中的电场(包括偏置电场、光电导开关内的光生载流子的空间瞬态分布所形成的空间电荷电场)、散射机制等。目前对于半导体光电导开关的理论研究还有有待完善的地方,因此对其的理论分析和模拟论证是有现实意义的。本论文的主要工作是采用Monte Carlo方法,并结合GaAs材料光电导开关的物理模型和机制,对PCSS’s某些器件特性进行了计算机模拟,并得到了不同的IDP(谷间形变势)下X带电子散射比例与电场强度的关系曲线、电子占有率与电场强度大小的关系曲线以及漂移速度和电场强度的变化曲线。同时用PSIPCE对线性工作模式下的GaAs材料光电导开关进行了电路模拟,得到了模拟时间与负载电压的关系曲线。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1. 前言  7-11
  1.1 半导体光电导开关简介  7
  1.2 半导体光电导开关的工作模式  7-8
    1.2.1 线性工作模式  7-8
    1.2.2 非线性工作模式  8
  1.3 光电导开关的器件模拟  8-9
    1.3.1 半导体器件模拟的概念  8
    1.3.2 半导体器件模拟的方法  8-9
  1.4 本论文的主要工作  9-10
  1.5 本章小结  10-11
2. 光电导开关的物理模拟  11-39
  2.1 线性工作模式下的经典理论模型  11-13
    2.1.1 经典理论模型方程  11-12
    2.1.2 经典理论模型假设  12-13
  2.2 非线性工作模式下的半经典理论模型  13-15
    2.2.1 半经典理论模型方程  13-14
    2.2.2 半经典模型假设  14-15
  2.3 蒙特卡罗模拟概述  15-17
    2.3.1 Monte Carlo 法基本思想  15-16
    2.3.2 Monte Carlo 模拟的发展概况  16
    2.3.3 Monte Carlo 模拟方法的步骤及具体工作  16-17
  2.4 GaAs 半导体光电导开关的物理模型和物理参数  17-28
    2.4.1 GaAs 材料能带结构  17-18
    2.4.2 GaAs 材料的负微分特性  18-19
    2.4.3 GaAs 材料半导体光电导开关在非线性工作模式下的物理机理  19
    2.4.4 GaAs 材料的散射  19-25
    2.4.5 碰撞电离的散射机制  25-26
    2.4.6 迁移率模型  26-27
    2.4.7 有关物理参数的选择  27-28
  2.5 器件几何模型的构造  28
  2.6 边界条件的适当选择  28-29
    2.6.1 自然边界  28-29
    2.6.2 固定边界  29
  2.7 网格划分，选取分配电荷和计算电场的方法，并适当选取时间步长  29-31
    2.7.1 网格划分  29-30
    2.7.2 电荷分配和电场计算  30-31
    2.7.3 时间步长的选择  31
  2.8 给出适当的粒子初始分布  31-32
  2.9 适当处理粒子飞行和散射  32-35
    2.9.1 随机自由飞行时间计算  32-33
    2.9.2 k 空间，r 空间中电子位置的确定  33-35
  2.10 计算结果及分析  35-37
    2.10.1 不同的IDP(谷间形变势)下X 带电子散射比例与电场强度的关系曲线  35-36
    2.10.2 电子占有率与电场强度大小的关系曲线  36
    2.10.3 漂移速度和电场强度的变化曲线  36-37
  2.11 本章小结  37-39
3. 光电导开关的电路模拟  39-45
  3.1 光电导开关传输电路的基本方程  39-40
  3.2 光电导开关芯片自身的电路方程  40-42
    3.2.1 线性工作模式下的机理分析  40
    3.2.2 线性工作模式下的时变电阻方程  40-42
  3.3 光电导开关在 PSPICE 中的电路模型  42-43
  3.4 线性工作模式下模拟及结果分析  43-44
  3.5 本章小结  44-45
4. 结论  45-46
  4.1 结论  45
  4.2 进一步工作设想  45-46
致谢  46-47
参考文献  47-48
附录  48

GaAs材料光电导开关器件模拟

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