kHz弱光触发下非线性光电导开关的高倍增效应调控和击穿机理研究

基本信息
批准号:51877177
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:徐鸣
学科分类:
依托单位:西安理工大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王伟,李苗,李孟霞,刘如军,魏旭艳,付玉建,李斐斐
关键词:
高倍增重复频率脉冲放电丝状电流砷化镓光电导开关
结项摘要

In this proposal, we plan to investigate the switching stability and longevity of high gain GaAs photoconductive semiconductor switches (GaAs PCSS) at kHz repetition rate by µJ-nJ optical excitation. It will be carried out that the carriers’ transport featured with high gain mechanism and the heat effect of filament current are regulated and controlled. Based on the optimization of semiconductor band structure, ohmic contacts fabrication, optical excitation manner, the transportation of bunched photo-activated carriers is quenched periodically by the momentary electric field variation. The spatial and temporal development of filaments is regulated and then the transient electric field is uniformed. Furthermore, the heat accumulation is released and the conductive current could be increased further. Consequently, a stable switching with carriers’ high gain mechanism is obtained at kHz repetition rate. Using the optical pump and THz probe system, the influences between the heat mechanism and the transport of photo-activated charge domain, which is in the form of filament currents, is realized during the photon-electric field-heat effect highly coupling process. Therefore, the restrictive conditions of transient electric field in GaAs PCSS is obtained at repetition rate operation. In addition, the assessment system of non-linear operation of PCSS excited by µJ-nJ optical energy at kHz repetition rate, which refers to the rise time, pulse width, isolation characteristics and power capacity related to the repetition rate, is evaluated and achieved. Finally, the GaAs PCSS devices with the advantages of high gain mechanism are developed, which can operate at bias voltage up to 30 kV, current as high as 1kA, repetition frequency up to 50kHz, pulse width of the order of magnitude from several hundred picoseconds to tens nanoseconds.

围绕kHz重复频率/弱光(µJ-nJ)触发下非线性砷化镓光电导开关(GaAs PCSS)的工作稳定性和寿命问题,对调控开关内具有高倍增效应为特征的载流子输运过程和改善丝状电流发热机制进行深入研究。在优化GaAs能级结构、电极制备、触发光引入等基础上,采用电场猝灭的方法对光生载流子聚束输运过程进行周期性的提前关断,有效调控丝状电流的时间/空间发展来均匀瞬态电场分布、改善热积累、增强通流能力,实现kHz条件下载流子的高倍增稳定输出。结合光泵浦-太赫兹探测技术,认识在光子-电场-热效应高度耦合过程中发热机制对以丝状电流为具体表现形式的光生载流子成畴输运的影响,确定重复频率条件下的瞬态电场约束性条件。建立上升时间、脉宽、绝缘特性、功率容量以及重复频率等指标的综合评价体系。研制工作电压~30kV,电流~1kA量级,重复频率~50kHz,电流脉冲宽度亚ns到几十ns量级的GaAs PCSS器件。

项目摘要

围绕kHz重复频率/弱光(µJ-nJ)触发下的高倍增砷化镓光电导开关(GaAs PCSS)的工作稳定性和寿命问题,对调控开关内具有高倍增效应为特征的载流子输运过程和改善丝状电流发热机制进行深入研究。在优化GaAs能级结构、电极制备、触发光引入等基础上,研究了nJ光能触发条件下GaAs PCSS的瞬态工作特性,有效调控丝状电流的时间/空间发展来均匀瞬态电场分布、改善热积累、增强通流能力,实现1kHz条件下的载流子高倍增稳定输出,最高工作电场为80kV/cm。分析了光子-电场-热效应高度耦合过程中发热机制对以丝状电流为具体表现形式的光生载流子成畴输运的影响,确定重复频率工作条件下的瞬态电场约束条件。在μJ光能触发条件下,初步实现了对于光生载流子的调控,瞬态输出电脉冲幅值提高32倍的同时、宽度压缩比为76.9%。项目研究的系列结果为超快光电导器件的高功率大电流重复频率应用技术奠定了实验和理论基础。

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

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

DOI:10.19701/j.jzjg.2015.15.012
发表时间:2015
4

面向云工作流安全的任务调度方法

面向云工作流安全的任务调度方法

DOI:10.7544/issn1000-1239.2018.20170425
发表时间:2018
5

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

DOI:10.7498/aps.70.20210004
发表时间:2021

徐鸣的其他基金

批准号:11401218
批准年份:2014
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11871221
批准年份:2018
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:10876025
批准年份:2008
资助金额:10.00
项目类别:联合基金项目
批准号:51402117
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51107099
批准年份:2011
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51572095
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:51477140
批准年份:2014
资助金额:86.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

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
2

光猝灭/电场调控下非线性光电导开关的工作机理和稳定性研究

批准号:51477140
批准年份:2014
负责人:徐鸣
学科分类:E0705
资助金额:86.00
项目类别:面上项目
3

高倍增模式下GaAs 光电导开关时间抖动机理研究

批准号:11904285
批准年份:2019
负责人:张琳
学科分类:A2208
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

矢量光场激发下的新颖非线性光学效应研究

批准号:11174160
批准年份:2011
负责人:顾兵
学科分类:A2203
资助金额:74.00
项目类别:面上项目