高倍增模式下GaAs 光电导开关时间抖动机理研究

基本信息
批准号:11904285
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:张琳
学科分类:
依托单位:西安理工大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
微观输运时间抖动电光器件GaAs 光电导开关谷间跃迁
结项摘要

High-gain mode GaAs photoconductive semiconductor switches (GaAs PCSS) have important applications in ultrafast pulse power system. The time jitter of the GaAs PCSS is a critical parameter of the fine synchronization synthesis of the switches array. But both the characteristic and the mechanism of the GaAs PCSS time jitter are not clear. In this project, a new testing method is proposed to eliminate the time jitter of the testing device effectively. The random time fluctuation at the rising edge of the output electrical pulses is related to the generation and the microscopic transportation mechanism of GaAs carrier associated with the multi-energy valley structure of GaAs material. The statistical rules of the time jitter in the GaAs PCSS will be explored under the high gain mode. The impact of micro-factors, such as, the light absorption, the carrier generation, the carrier multiplication, the carrier inter-valley transition, and the carrier microscopic transportation are considered integrated on analyzing the stability of the output electrical pulses. The differences and the nature of the time jitter of the GaAs PCSS will be discussed both in the negative differential mobility electric field region and the outside. The theoretical model of the time jitter in the GaAs PCSS based on the cooperation of multiple parameters, such as the trigger laser’s, the bias electric field’s and the GaAs PCSS’ will be established. Then these characteristic parameters will be optimized to find out the physical limitation of the time jitter in the GaAs PCSS. The research on the physical nature of GaAs PCSS time jitter will lay a foundation for the further applications, such as the fine synchronization synthesis of the GaAs PCSS array.

高倍增模式GaAs光电导开关(GaAs PCSS)在超快脉冲功率领域具有重要应用。其时间抖动性能是决定开关阵列精同步合成等的关键指标,但该模式下GaAs PCSS时间抖动的特性规律及物理机理尚不清楚。本研究拟采用能够有效消除测试仪器自身抖动的新方法,建立开关输出电脉冲上升沿随机涨落与GaAs多能谷结构相关的载流子产生及微观输运特性的内在联系,得到GaAs PCSS在高倍增模式下的时间抖动规律;剖析光吸收方式、载流子倍增、载流子谷间跃迁、载流子微观输运等机制对GaAs PCSS输出特性影响的本质,揭示偏置在负微分迁移率电场区内外的GaAs PCSS时间抖动差异的产生机理,获得GaAs材料、触发光、偏置电场等多参数调控下的GaAs PCSS时间抖动理论模型;进而通过优化光电条件及开关参数,探索GaAs PCSS时间抖动的物理极限,为提升GaAs PCSS在精同步合成等领域的应用奠定理论基础。

项目摘要

具有重复频率高、功率容量大性能的GaAs光电导开关是脉冲功率系统的首选开关器件,其兼具的皮秒量级抖动在保证输出脉冲稳定性的同时,有助于实现多开关高同步性下的功率最大化及系统小型化,在探地雷达、武器点火、超宽带辐射源等国防现代化高精尖领域都具有深远的应用价值。本课题建立了开关输出电脉冲前沿时间涨落和载流子微观输运间的内在关联,获得GaAs材料、触发光、偏置电场等宏观参数对GaAs PCSS时间抖动的影响权重,得到了由多宏观参数共同调控、且适用于线性及高倍增模式GaAs PCSS的时间抖动理论模型,并通过蒙特卡罗方法明晰了对应的输运特性及成因。实验获得了GaAs PCSS时间抖动与触发光脉宽、触发光能量相对涨落的正比关系。并基于处于微分迁移率电场区的GaAs PCSS在不同分光方式和光子能量差异下的抖动实验规律,得到了与能带结构相关的光吸收机制、载流子谷间跃迁机制、载流子微观输运等机制对GaAs PCSS输出特性及开关时间抖动的调控作用关系;基于多参量共同调控的开关时间抖动模型,分析了圣地亚实验室的高倍增模式GaAs PCSS时间抖动的实验结果,得到了开关抖动与输出脉冲上升时间和受载流子倍增率调控的载流子浓度相对涨落乘积的正比关系;并通过实验获得了弱光触发下高倍增GaAs PCSS的载流子倍增率与偏置电场关系,利用Silvaco软件验构架了高倍增模式下GaAs PCSS的倍增及输运模型,再现了高场畴形成及输出上升沿压缩的演化过程。使用VASP软件得到了掺杂和应力对半导体材料费米能级附近能量态的调控规律,为通过掺杂和应力等方式调节能带结构及带隙,调控光生载流子的输运特性提供了参考。该项目的研究为解决GaAs PCSS阵列在精同步控制、武器点火、超宽带辐射源等多个相关领域应用的关键性问题提供理论和实验依据。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018
3

时间序列分析与机器学习方法在预测肺结核发病趋势中的应用

时间序列分析与机器学习方法在预测肺结核发病趋势中的应用

DOI:
发表时间:2020
4

上转换纳米材料在光动力疗法中的研究进展

上转换纳米材料在光动力疗法中的研究进展

DOI:
发表时间:2017
5

甘肃省粗颗粒盐渍土易溶盐含量、电导率与粒径的相关性分析

甘肃省粗颗粒盐渍土易溶盐含量、电导率与粒径的相关性分析

DOI:10.13885/j.issn.0455-2059.2021.04.004
发表时间:2021

张琳的其他基金

批准号:71573085
批准年份:2015
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:81000315
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61602531
批准年份:2016
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31470684
批准年份:2014
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:81402014
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81500607
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31770720
批准年份:2017
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:81501619
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30860298
批准年份:2008
资助金额:19.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81371719
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:81703303
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30672565
批准年份:2006
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:81801943
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81403306
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51408431
批准年份:2014
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51306030
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31300979
批准年份:2013
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61402241
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51878460
批准年份:2018
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:81202424
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31802068
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30973129
批准年份:2009
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:30770515
批准年份:2007
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:60502036
批准年份:2005
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71403038
批准年份:2014
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31200374
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81700282
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81503509
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81800129
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81601999
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81473182
批准年份:2014
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:81502290
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81760097
批准年份:2017
资助金额:34.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11426043
批准年份:2014
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:41606163
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31700202
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81501073
批准年份:2015
资助金额:17.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21902045
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61106078
批准年份:2011
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71103064
批准年份:2011
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31100497
批准年份:2011
资助金额:29.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51102154
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81700876
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71804083
批准年份:2018
资助金额:15.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81470012
批准年份:2014
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:81873195
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81171824
批准年份:2011
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:81873560
批准年份:2018
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:81872514
批准年份:2018
资助金额:59.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

高功率激光触发时高偏置场强GaAs光导开关光电导机理研究

批准号:51407170
批准年份:2014
负责人:刘宏伟
学科分类:E0705
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

高倍增半绝缘GaAs光电导开关载流子输运规律与击穿机理研究

批准号:61076087
批准年份:2010
负责人:田立强
学科分类:F0405
资助金额:15.00
项目类别:面上项目
3

大功率GaAs光导开关奇特光电导机理研究

批准号:51007085
批准年份:2010
负责人:袁建强
学科分类:E0705
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
4

高功率高重复频率GaAs光电导开关关键技术研究

批准号:50837005
批准年份:2008
负责人:施卫
学科分类:E0705
资助金额:215.00
项目类别:重点项目