单行载流子光电探测器中空间电荷屏蔽效应理论分析和实验研究

本文优化设计和外延生长了一种单行载流子(UTC)光电探测器有源区结构,并且采用微电子工艺制备了台面尺寸为30μm的UTC光电探测器.同时,采用了漂移-扩散模型对该有源区结构进行了理论模拟,从载流子浓度和空间电场角度重点分析研究了空间电荷屏蔽效应对UTC光电探测器直流饱和特性影响的物理机理.UTC光电探测器理论模拟结果与实测数据基本相符.

强光照射下的InGaAs二极管内部光生载流子分析(英文)

以InGaAs p-i-n管为例,研究了光电二极管在激光脉冲作用下非线性响应的内部机理特征,计算分析了二极管在强光辐照下内部空间电荷屏蔽效应对器件光电响应特性产生的影响.通过计算耗尽区的电场强度、载流子分布和电子-空穴的漂移速度,发现低偏置电压或强光辐照都会使耗尽区的电场强度下降,载流子的漂移和扩散速度降低到非饱和状态,使光生载流子的复合率下降,大量载流子聚集在耗尽区内,形成了空间电荷屏蔽效应,导致二极管呈非线性响应状态.在5V偏置电压条件下,增加皮秒激光的脉冲能量,光电二极管的光伏电压响应脉宽逐渐展宽,峰值电压呈非线性变化.

飞秒激光诱发硅PIN光电二极管饱和特性的实验研究(英文)

实验研究了不同脉冲能量的飞秒激光诱发硅PIN光电二极管瞬态响应信号的特性。发现探测器响应瞬态响应信号相继出现了三个明显的相位,深入讨论了飞秒激光诱发的高注入载流子在瞬态响应信号演化过程中所起的作用。结果表明,高注入载流子产生的空间电荷屏蔽效应是导致瞬态响应信号呈现三个相位的主要因素,它导致瞬态响应信号的持续时间主要取决于载流子双极扩散的速度。增加飞秒激光的脉冲能量会进一步延长探测器瞬态响应信号的持续时间。因此,飞秒激光会削弱探测器的工作性能,尤其是在高速信号探测中的工作性能。

半绝缘GaAs光电导开关产生太赫兹波电场屏蔽效应的二维Monte Carlo模拟

利用Ensemble-Monte Carlo模拟方法,对不同实验条件下半绝缘GaAs(SI-GaAs)光电导开关作为偶极辐射天线在辐射太赫兹电磁波(太赫兹波)中体内电场的分布以及空间电荷屏蔽效应对太赫兹波辐射的影响进行了模拟.载流子的时域空间电场分布表明:用高能量激光脉冲触发低压偏置的GaAs开关,空间电荷屏蔽是限制太赫兹波辐射功率的一个重要因素,并且空间电荷屏蔽能够引起太赫兹波呈现双极性.当高能量飞秒激光脉冲以全电极间隙触发大孔径光电导天线时,空间电荷电场屏蔽效应对太赫兹波的影响不大.

光电导开关产生太赫兹电磁波双极特性分析

利用光电导体产生太赫兹电磁波(THz波),THz远场辐射波形与光电导体材料的载流子寿命、偏置电场以及触发光有直接关系.用不同方法对低温GaAs(LT-GaAs)和半绝缘GaAs(SI-GaAs)光电导开关辐射的THz电磁波所呈现的双极特性进行了模拟计算.结果表明,LT-GaAs光电导开关辐射THz波呈现双极性的主要原因是光生载流子寿命小于一个THz波产生时间;而光生载流子寿命大于100ps的SI-GaAs光电导开关,在不同的实验条件(不同偏置电场、不同光脉冲能量)下,产生的THz波呈现双极特性的主要原因分别是载流子发生了谷间散射和空间电荷电场屏蔽.

基于流光-先导雷击模型对建筑物吸引半径的计算

从先导始发的物理过程入手,建立了流注-先导模型。该模型考虑了流注茎(stem)近似圆锥体的形状特征和空间电荷屏蔽影响的二次电晕起始条件。应用上述模型,对在不同的雷电流幅值和不同高度情况下的建筑物的吸引半径进行了计算,根据计算结果拟合出了吸引半径与建筑物高度和雷电流幅值的关系表达式,并将由本文模型计算得到的建筑物等效半径与自持传输(SLIM)等其他模型的计算结果进行了对比。同时,考虑了环境因素(压强、空气湿度以及温度)对建筑物拐角等尖端处吸引半径的影响。结果表明:1)建筑物较低时,本文得到的等效半径与SLIM的计算结果具有较好的一致性;建筑物较高时,对应两者等效半径的计算结果存在差异,但均大于基于电气几何模型的计算结果。2)压强和空气湿度对建筑物吸引半径有一定的影响,而温度对其的影响并不显著。

建筑物尖端上行正先导始发过程的模拟研究

在热力学模型基础上,考虑了空间电荷屏蔽作用的二次电晕起始过程,认为流注茎(电晕区与流注-先导转化区)温度达到1 500 K同时二次电晕起始即新生迎面先导起始。并且根据纹影仪对先导通道根部的观测结果,流注茎假设为类圆锥状。通过Comsol软件对地面高大建筑物尖端处上行正极性先导的始发过程进行了数值模拟研究,并分析了锥形流注茎和二次电晕起始过程对先导始发过程的影响。最终得到了锥形流注茎长度与流注茎半径的关系,证明了随着电流的注入,根部优先转化为先导;计算的建筑物尖端处在最大半径(R=0.24 mm)情况下的流注茎-先导的转化时间为120μs;在正极性先导起始的过程中,初始先导并不是一个固定值,计算的初始先导的长度为0.03 m。