利用蒙特卡罗方法研究THz辐射特性和光生载流子输运特性

摘要

本文分析了THz电磁波的特性、产生、检测方法、THz时域光谱探测、THz成像和THz波在生物技术和信息技术领域的应用及发展情况。详细分析了系综蒙特卡罗方法对GaAs光电导开关的模拟过程，分析了GaAs的能带模型和散射模型，提出了需要考虑的几种散射机制。详细分析了程序结构及实现流程，重点从载流子初始分布、自由飞行、泊松方程求解、散射机制处理等几方面加以介绍。从分析GaAs光电导开关内部载流子的产生及运动机制入手，对GaAs材料的重要特性负微分特性进行了研究，得出了负微分迁移率曲线，并给出了电子在卫星能谷的布居图，指出了出现速度过冲现象的原因。在此基础上，我们研究了偏置电场、触发光脉冲宽度和载流子浓度对THz辐射近场和远场特性的影响，指出了改善THz辐射的方法。按照自建电场与偏置电场的关系系统地研究了器件中载流子的运动规律和分布，以及载流子的分布又如何影响器件内部的电场，并最终如何影响器件的输出电流波形。模拟中我们发现，偏压大于3500V/cm，自建电场较大时，电子在漂移过程中会出现分团簇现象。此外，还对垂直于偏置电场方向的载流子自建电场进行了初步的研究。

目录

摘要:

Abstract:

1 概述

1.1 太赫兹波简介

1.2 太赫兹电磁波的独特性质

1.3 太赫兹电磁波的应用研究

1.3.1 利用频谱的应用研究

1.3.2 利用时域谱的应用研究

1.3.3 THz辐射成像研究

1.3.4 太赫兹波在生物技术和信息技术领域的应用

1.3.5 THz时域光谱探测

1.4 太赫兹波的产生

1.4.1 光电导开关的结构

1.4.2 光电导开关的工作模式

1.5 本文研究思路和主要内容

2 光电导开关的蒙特卡罗模拟

2.1 简介

2.2 物理模型

2.2.1 能带结构

2.1.2 散射模型

2.3 模拟过程实现

2.3.1 数据结构定义

2.3.2 载流子的初始分布

2.3.3 泊松方程求解

2.3.4 自由飞行的处理

2.3.5 散射的处理

3 利用蒙特卡罗方法研究 THz辐射特性

3.1 GaAs材料的负微分迁移率研究

3.2 THz辐射的研究

3.2.1 偏压对 THz辐射的影响

3.2.2 触发光脉冲宽度对 THz辐射的影响

3.2.3 载流子密度对 THz辐射的影响

3.2.4 结论

4 利用蒙特卡罗方法研究光载流子输运特性

4.1 模拟说明和条件选择

4.2 自建电场较小时的输运特性研究

4.3 自建电场约等于偏置电场时的输运特性研究

4.4 自建电场较大时的输运特性研究

4.6 纵向电场研究

5. 结论

5.1 结论

5.2 下一步工作设想

致谢

参考文献

附录

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