合随时间呈指数变化,光脉冲过后,开关电阻便恢复。线性模式用于脉冲功率系统优点是开关闭合时间和无抖动时间均在数级工作电压范围宽低电感亚量级,但因需要高能量光脉冲触发而使其应用受到极大限制。具体而言，在线性模式下光电导开关输出电脉冲与触发光脉冲波形样，输出电脉冲与触发光脉冲之间基本没有时间延迟，触发光脉冲脉宽与输出电脉冲脉宽大致致，具有相同上升时间但是当触发光脉冲为皮秒或者飞秒量级时，由于受到开关传输线带宽限制，上升时间般为皮秒量级，而电西安理工大学硕士学位论文脉冲下降沿则由光电导开关材料载流子寿命来决定，般呈指数形式衰减。非线性工作模式在强电场下,由等ⅢⅤ族半导体制作工作在非线性模式,又称为高倍增模式或效应，表现为短脉冲激光触发开关时所呈现引发维持恢复三过程及有关阈值参量等电学光学特性线性工作模式非线性工作模式光电导开关器件模拟半导体器件模拟概念半导体器件模拟方法本论文主要工作本章小结光电导开关物理模拟线性工作模式下经典理论模型经典理论模型方程经典理论模型假设非线性工作模式下半经典理论模型半经典理论模型方程半经典模型假设蒙特卡罗模拟概述法基本思想模拟发展概况模拟方法步骤及具体工作半导体光电导开关物理模型和物理参数材料能带结构材料负微分特性材料半导体光电导开关在非线性工作模式下物理机理材料散射碰撞电离散射机制迁移率模型有关物理参数选择器件几何模型构造边界条件适当选择自然边界固定边界目录网格划分，选取分配电荷和计算电场方法，并适当选取时间步长网格划分电荷分配和电场计算时间步长选择给出适当粒子初始分布适当处理粒子飞行和散射随机自由飞行时间计算空间，空间中电子位置确定计算结果及分析不同谷间形变势下带电子散射比例与电场强度关系曲线电子占有率与电场强度大小关系曲线漂移速度和电场强度变化曲线本章小结光电导开关电路模拟光电导开关传输电路基本方程光电导开关芯片自身电路方程线性工作模式下机理分析线性工作模式下时变电阻方程光电导开关在中电路模型线性工作模式下模拟及结果分析本章小结结论结论进步工作设想致谢参考文献附录前言前言半导体光电导开关简介半导体光电导开关简称,见图是利用超快脉冲激光器与光电导体如等相结合形成类新型开关器件,具有独特性能快速响应皮秒上升下降时间,重复率,无触发晃动,寄生电感电容小,触发隔离,动态范围大,结构灵活适配于各种传输线结构等。加上其耐高压及大电流承载能力,使之不但在超高速电子学而且在大功率脉冲产生与整形技术领域成为传统开关间隙放电闸流管及结器件最有希望换代器件。在大功率脉冲源超宽带脉冲发生器电磁武器及高压强流快速关断闭合系统中具有广泛前景。图光电导开关结构半导体光电导开关工作模式半导体光电导开关可工作于两种模式下线性工作模式和非线性工作模式线性工作模式在低电场下，工作在线性模式,即每个入射光子产生对电子空穴,不存在载流子倍增效应,电流脉冲形状与触发光脉冲相同,其光生载流子复合随时间呈指数变化,光脉冲过后,开关电阻便恢复。线性模式用于脉冲功率系统优点是开关闭合时间和无抖动时间均在数级工作电压范围宽低电感亚量级,但因需要高能量光脉冲触发而使其应用受到极大限制。具体而言，在线性模式下光电导开关输出电脉冲与触发光脉冲波形样，输出电脉冲与触发光脉冲之间基本没有时间延迟，触发光脉冲脉宽与输出电脉冲脉宽大致致，具有相同上升时间但是当触发光脉冲为皮秒或者飞秒量级时，由于受到开关传输线带宽限制，上升时间般为皮秒量级，而电西安理工大学硕士学位论文脉冲下降沿则由光电导开关材料载流子寿命来决定，般呈指数形式衰减。非线性工作模式在强电场下,由等ⅢⅤ族半导体制作工作在非线性模式,又称为高倍增模式或效应，表现为短脉冲激光触发开关时所呈现引发维持恢复三过程及有关阈值参量等电学光学特性方程解为⎧⎫⎡⎤−−−⎪⎪⎢⎥−−−⋅⎨⎬⎣⎦⎩⎭西安理工大学硕士学位论文则光电导开关时变电阻为−⎡⎤⎧⎫⎡⎤−−−⎢⎥⎪⎪⎢⎥−−−⋅⎨⎬⎣⎦⎩⎭⎣⎦上述时变电阻方程对于从数值上理解光电导开关物理机制是比较适合，但是出于电路模拟目，我们必须把这个方程整合进才能更好理解其电路方面些特性。光电导开关在中电路模型按照等人提出思路，光电导开关时变电阻在中模型可以用电流控制电压源或者电压控制电流源来表示。当用电流控制电压源表示时变电阻时，该电压源数值用两个支路电流数值乘积来表示。其中个电流即为通过该电阻电流，另外个电流必须根据时变电阻并经过适当处理才能确定。当用电压控制电流源表示时变电阻时，该电流源数值用该电阻两端电压与数值由该电阻决定另个电压之积来表示。本文采用电流控制电压源来模拟时变电阻，则如何求解那支需根据时变电阻并经过适当处理才能确定支电流就变成求解该电压源数值关键，本文采用个多项式来表示这个受控源，即其中，为系数是相应节点间电压或者支路上电流。因此在具体实现如下，其中这个零伏电压源是用来检测负载电流如图所示，多项式表达这个电流控制电压源是用来实现开关非线性变化关系，由组成辅助电路是用来产生和检测时变电阻变化包络如图所示，分段线性电流源用来联系方程。由此可得也就是节点之间电压值相当于是流过节点电流乘上流入节点电流，光电导开关电路模拟其中流入节点电流在数值上等于所模拟时变电阻值。图模拟电路图辅助电路线性工作模式下模拟及结果分析时间与输出电压关系曲线触发光脉冲为高斯形西安理工大学硕士学位论文图模拟时间与负载电压关系曲线从图可以看出触发光脉冲功率和载流子寿命对光电导开关输出电脉冲波形都有较大影响。首先就触发光脉冲功率而言，随着触发光脉冲功率增加，输出电脉冲将逐步偏离触发光脉冲波形，而且当触发光脉冲功率比较大时，这种偏离将变得比较严重。究其原因，是随着触发光脉冲功率增大，光电导开关将逐渐达到饱和状态，输出电压幅度基本上不再随光功率变化而变化。再者当触发光脉冲功率增大时，其输出电脉冲波形上升时间也随之变短。其次就载流子寿命而言，随着载流子寿命变长，也就意味着载流子消散变慢，输出电脉冲波形“拖尾”也变得越来越严重，也就越来越偏离触发光脉冲波形。最后，从图可看出光电导材料载流子寿命对光电导开关响应有很大影响，它主要影响光电导恢复到暗态时间，即光电导开关关断速度。载流子寿命越短，开关关断越快，反之则越慢。本章小结本章首先推导出光电导开关自身时变电阻方程和光电导开关所在电路电压传输方程，而后利用模型在上模拟其在线性工作下电路性能，得到模拟时间与负载电压关系曲线。结论结论结论本文对半导体光电导开关物理模拟从开关内部载流子状态及运动出发，以载流子在器件中运动时散射物理过程及相应物理模型和数学模型为基础，逐个跟踪每载流子在能量和位置空间运动，通过蒙特卡罗方法对半导体光电导开关些器件特性进行了计算机模拟，并得到了不同谷间形变势下带电子散射比例与电场强度关系曲线电子占有率与电场强度大小关系曲线以及漂移速度和电场强度变化曲线。而对于半导体光电导开关电路模拟，则从光电导开关载流子浓度出发，经过推演得出了其在线性工作模式下时变电阻方程，并根据模型得到了光电导开关所在电路电压传输方程。但是由于没有相应时变电阻电路模型，借助等人模型，得到了模拟时间与负载电压关系曲线。由于在模拟中对其中些参数和模型作了简化，而且忽略了些机制对半导体光电导开关影响，所以得到模拟数据与实验数据之间存在定误差。进步工作设想对于非线性工作模式下蒙特卡罗模拟有些参数设置比较粗糙，比如说简化了器件边界条件，几何形状，并且忽略了其他诸如电离杂质散射表面粗糙散射等方面影响，所得到模拟数据与实验数据之间存在定误差，在今后工作中应该进步完善对于非线性工作模式下电路模拟有进步研究必要，通过对用其他方法模拟出来特性曲线或推算出来方程作进步分析，用相应电路模拟工具对其非线性特性进行电路方面模拟蒙特卡罗模拟方法应该与其它方法结合起来，这样在基本不影响器件模拟精度同时可以缩短计算时间。线性工作模式非线性工作模式光电导开关器件模拟半导体器件模拟概念半导体器件模拟方法本论文主要工作本章小结光电导开关物理模拟线性工作模式下经典理论模型经典理论模型方程经典理论模型假设非线性工作模式下半经典理论模型半经典理论模型方程摘要材料光电导开关器件模拟学科微电子学与固体电子学作者姓名徐雪刚签名导师姓名施卫签名导师职称教授答辩日期年月摘要用半导体光电导开关,简称产生超短电磁脉冲可应用于雷达通信成像等技术领域。与传统开关相比,具有开关速度快触发无晃动寄生电感电容小高重复频率结构简单紧凑等特点。在触发光脉冲定情况下，半导体光电导开关中载流子在开关里面输运情况从根本上决定了所输出电脉冲波形，而影响载流子输运因素除了材料本身能带结构，还有半导体光电导开关中电场包括偏置电场光电导开关内光生载流子空间瞬态分布所形成空间电荷电场散射机制等。目前对于半导体光电导开关理论研究还有有待完善地方，因此对其理论分析和模拟论证是有现实意义。本论文主要工作是采用方法，并结合材料光电导开关物理模型和机制，对些器件特性进行了计算机模拟，并得到了不同谷间形变势下带电子散射比例与电场强度关系曲线电子占有率与电场强度大小关系曲线以及漂移速度和电场强度变化曲线。同时用对线性工作模式下材料光电导开关进行了电路模拟，得到了模拟时间与负载电压关系曲线。关键词蒙特卡罗模拟方法,线性工作模式,非线性工作模式目录目录前言半导体光电导开关简介半导体光电导开关工作模式线性工作模式非线性工作模式光电导开关器件模拟半导体器件模拟概念半导体器件模拟方法本论文主要工作本章小结光电导开关物理模拟线性工作模式下经典理论模型经典理论模型方程经典理论模型假设非线性工作模式下半经典理论模型半经典理论模型方程半经典模型假设蒙特卡罗模拟概述法基本思想模拟发展概况模拟方法步骤及具体工作半导体光电导开关物理模型和物理参数材料能带结构材料负微分特性材料半导体光电导开关在非线性工作模式下物理机理材料散射碰撞电离散射机制迁移率模型有关物理参数选择器件几何模型构造边界条件适当选择自然边界固定边界目录网格划分，选取分配电荷和计算电场方法，并适当选取时间步长网格划分电荷分配和电场计算时间步长选择给出适当粒子初始分布适当处理粒子飞行和散射随机自由飞行时间计算空间，空间中电子位置确定计算结果及分析不同谷间形变势下带电子散射比例与电场强度关系曲线电子占有率与电场强度大小关系曲线漂移速度和电场强度变化曲线本章小结光电导开关电路模拟光电导开关传输电路基本方程光电导开关芯片自身电路方程线性工作模式下机理分析线性工作模式下时变电阻方程光电导开关在中电路模型线性工作模式下模拟及结果分析本章小结结论结论进步工作设想致谢摘要材料光电导开关器件模拟学科微电子学与固体电子学作者姓名徐雪刚签名导师姓名施卫签名导师职称教授答辩日期年月摘要用半导体光电导开关,简称产生的超短电磁脉冲可应用于雷达通信成像等技术领域。与传统开关相比,具有开关速度快触发无晃动寄生电感电容小高重复频率结构简单紧凑等特点。