基于热损伤机理对GaAs光电导开关的寿命分析

摘要

在光电导开关中存在许多损伤，许多损伤都是由温度的影响而导致的，伴随着温度的升高，电流丝的强度，光生载流子的浓度及能量都会相应增加。偏置在强电场下，载流子的漂移速率将达到饱和，不会随着电场强度的改变而改变。在非线性模式下，当入射的光脉冲能量达到一定程度时将发生载流子的雪崩倍增现象。通过研究载流子浓度，载流子漂移速率，材料温度，注入光子能量，以及偏置电场之间的关系，我们能够直接分析光电导开关的寿命。
　　 我们使用纯净的本征GaAs半导体材料去比较线性模式，非线性模式和暗态条件下载流子的碰撞电离率，以及对应的温度和电流密度。通过考虑光电子的热效应从而推导出相应物理量之间的关系。通过实验测出开关损坏时的温度，在除以一次脉冲时间内导致温度的变化量，计算出开关的实际触发次数，与理论所计算的次数相比较。通过这些结论，可以分析光电导开关在不同模式下的寿命。
　　 电击穿模式也是开关损伤中一种很重要的类型，热击穿伴随着时间和热量的积累，而电击穿通常一次性击穿，表现为强度特性。热击穿具体表现在材料的熔融和电极脱落，电击穿主要表现在沿面放电和丝状电流。两者在材料击穿中虽然过程不同，但本质相同，都是依靠能量的传递现象导致GaAs原子振动加剧，脱离原来的平衡位置而失去作用。沿面放电和丝状电流的理论研究目前尚无定论。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 本论文的主要研究内容

1．3 本章小结

2 GaAs光电导开关热击穿理论下的寿命分析

2．1 光电导开关的基本结构

2．2 热击穿模型下光电导开关的损伤机理及热容分析

2．2．1 热击穿基本方程

2．2．2 爱因斯坦热容

2．2．3 德拜热容

2．2．4 小结

2．3 暗态模式下的寿命分析

2．3．1 暗态模式下温度与施加电压时间的关系

2．3．2 暗态模式下的寿命分析小结

2．4 线性模式下的寿命分析

2．4．1 光电导开关的线性工作模式及其特性

2．4．2 光电导开关线性模式下的寿命分析

2．5 非线性模式下的寿命分析

2．5．1 光电导开关的非线性工作模式及其特性

2．5．2 非线性模式下的寿命分析

2．6 本章小结

3 GaAs电击穿理论下的寿命分析

3．1 丝状电流对开关的寿命影响

3．2 沿面放电对开关的寿命影响

3．2．1 半导体表面闪络的影响因素

3．2．2 半导体闪络现象现存的主要理论与研究进展

3．2．3 提高光导开关开关表面的耐压措施

3．3 本章小结

4 结论及工作展望

4．1 结论

4．2 工作展望

致谢

参考文献

附录