4H-SiC光导开关性能的仿真研究

碳化硅光导开关是相关领域的研究热点,但是文献中对4H-SiC光导开关的理论研究仍然以集总元件模型为主,仅能给出定性结果,典型文献中瞬态条件下的实验数据还没有定量的理论解释。文章使用Silvaco TCAD软件中的器件-电路混合模式,结合自编的载流子迁移率接口程序,对4H-SiC光导开关的光学电学特性进行模拟仿真。单脉冲响应的仿真结果表明,器件在瞬态条件下的峰值光电流随光能的变化与文献中的实验数据相符合,表明所用模型和参数具有合理性。对影响单脉冲响应的主要因素,包括脉冲能量、脉冲宽度、碳化硅厚度,进行了计算和分析。同时,针对两种碳化硅厚度的器件,进行了多脉冲串响应的计算和分析。文章得到的结果和结论对碳化硅光导开关的进一步研究具有较好的参考价值。     

GaAs光导开关暗态击穿原因分析

光导开关(PCSS)在暗态耐压测试中耐压值低于理论值.根据GaAs材料特性,分析了暗态下光导开关的击穿机理.指出碰撞电离与电流控制负微分迁移率效应是导致开关击穿的直接原因.使用Silvaco半导体仿真软件对模型进行了模拟计算,结果表明温度显著影响电场、载流子浓度分布,引起碰撞电离等效应加剧,造成器件耐压值偏低.仿真结果与实验值基本相近,室温下耐压水平为33～40 kV/cm.光导开关击穿特性与温度密切相关,改善光导开关散热条件可提高开关耐压水平.     

吸收因子对GaAs光导开关输出电压幅值的影响

研究了吸收因子与GaAs光导开关输出电压幅值的关系.考虑了开关电场对吸收系数的影响,导出了输出电压与吸收因子之间的函数关系式.在不同波长、间隙宽度、触发光脉冲能量条件下进行理论仿真,并与没有考虑吸收因子的情况相比,研究结果表明吸收因子对光导开关的输出电压幅值有重要影响,吸收因子减小了光导开关的输出电压幅值,延长了输出电压达到饱和状态的时间,增大了开关饱和触发光脉冲能量.在实际应用中应该对光导开关的吸收特性加以考虑.     

激光腔镜兼作GaAs光导开关和储能电容

报道用一块砷化镓基片兼作激光腔镜、光导开关和储能电容，制作千伏级纳秒脉冲发生器的实验结果。对所介绍的三功能元件的光学和电子学性能以及三种功能之间的相互影响进行了讨论。     

GaAs光导开关的热击穿实验研究

基于光导开关的热效应，本文对ＧａＡｓ光导开关的热击穿现象进行了实验研究。     

触发光脉冲对光电导开关响应速度的影响

实验测试了触发光脉冲对光电导开关响应速度的影响;建立了满足光导开关触发光脉冲参量的光生载流子速率方程,并模拟出光生载流子浓度随触发光脉冲、脉冲宽度的变化规律,分析了光脉冲对光电导开关响应速度的影响及引起输出电脉冲上升沿变化的原因.     

雪崩模式下的体结构GaAs光导开关

利用能量较低的脉冲激光二极管,在较高场强下触发GaAs光导开关,使其工作于雪崩模式,从而产生纳秒上升前沿的快脉冲电压。GaAs光导开关采用垂直体结构设计,芯片厚度为2 mm,电极形状分别为圆环和圆面,触发光脉冲从圆环穿过。快脉冲产生由同轴Blumlein脉冲形成线完成。对基于GaAs光导开关的同轴Blumlein脉冲线进行了模拟仿真和实验,当充电电压超过8 kV(40 kV/cm)后,开关开始了雪崩工作模式。当充电电压约为15 kV(75 kV/cm)时,在50 Ω负载上获得了约11 kV的脉冲电压,实验波形与仿真波形一致。对开关抖动进行了测试,其测试结果显示开关充电电压对抖动影响很大,随着开关偏压增加,开关抖动减小,开关获得了最小抖动约700 ps。     

半导体激光二极管触发GaAs光导开关

半导体激光二极管触发下砷化镓（GaAs）光导开关工作于雪崩模式,为此设计了异面体结构的GaAs 光导开关以提高开关场强.设计的开关芯片厚度为2 mm,电极间隙为3 mm,利用半导体激光二极管对开关进行触发实验.当开关充电电压超过8 kV 后,开关输出脉冲幅度显著增强,输出脉冲前沿快于光脉冲,开关开始雪崩工作模式.随着开关电场不断增加,开关输出电压幅值也线性增加,但开关输出波形没有改变.对开关抖动进行测试,其测试结果显示开关偏压对抖动影响很大,随着开关偏压增加,开关抖动减小,当开关偏压升至15 kV 时,开关获得最小抖动约500 ps.     

4H-SiC钒离子注入层的特性

研究了钒注入4H-SiC形成半绝缘层的方法和特性,注入层的离子浓度分布由蒙特卡罗分析软件TRIM模拟提取.采用一种台面结构进行I-V测试.钒注入层的电阻率与4H-SiC层的初始导电类型关系很大,常温下钒注入p型和n型SiC的电阻率分别为1.2×109～1.6×1010 Ω·cm和2.0×106～7.6×106 Ω·cm.     

4H-SiC钒离子注入层的特性

研究了钒注入4H-SiC形成半绝缘层的方法和特性，注入层的离子浓度分布由蒙特卡罗分析软件TRIM模拟提取. 采用一种台面结构进行I-V测试. 钒注入层的电阻率与4H-SiC层的初始导电类型关系很大，常温下钒注入p型和n型SiC的电阻率分别为1.2E9～1.6E10Ω·cm和2.0E6～7.6E6Ω·cm.     

非线性GaAs光电导开关的瞬态特性分析

基于能量守恒原理推导出非线性GaAs光电导开关电路的差分公式,代入实验数据计算出开关的瞬态电压、电阻、功率.该方法解决了长期以来非线性GaAs光电导开关的瞬态特性难于测量的问题.通过GaAs光电导开关的瞬态电压曲线知,在锁定期间开关平均电场强度总是大于耿氏阈值,并随时间单调递增.通过对比开关与其电路电源的瞬态功率曲线,证明了电源功率不足是导致GaAs光电导开关从锁定状态进入自关断状态的根本原因,因此提出了在锁定期间通过改变电路的功率分布使开关可控关断的思想.     

非线性GaAs光电导开关的瞬态特性分析

基于能量守恒原理推导出非线性GaAs光电导开关电路的差分公式,代入实验数据计算出开关的瞬态电压、电阻、功率.该方法解决了长期以来非线性GaAs光电导开关的瞬态特性难于测量的问题.通过GaAs光电导开关的瞬态电压曲线知,在锁定期间开关平均电场强度总是大于耿氏阈值,并随时间单调递增.通过对比开关与其电路电源的瞬态功率曲线,证明了电源功率不足是导致GaAs光电导开关从锁定状态进入自关断状态的根本原因,因此提出了在锁定期间通过改变电路的功率分布使开关可控关断的思想.     

半绝缘GaAs光电导开关的击穿特性

研究了在不同触发条件下半绝缘GaAs光电导开关的击穿特性 .当触发光能量和偏置电场不同时 ,半绝缘GaAs光电导开关的击穿损坏程度也不同 ,分别表现为完全击穿、不完全击穿和可恢复击穿三种类型 .通过对击穿实验结果的分析认为 ,电子俘获击穿机制是导致半绝缘GaAs光电导开关击穿损坏的主要原因 .偏置电场和陷阱电荷所产生热电子的数量和动能决定了Ga—As键的断裂程度 ,Ga—As键的断裂程度则反映半绝缘GaAs光电导开关的击穿类型     

不同激光二极管能量触发下GaAs 光导开关研究

GaAs 光导开关在较高的场强下可工作于雪崩模式,为此设计了异面体结构的GaAs 光导开关以提高开关场强。 设计的开关芯片厚度为2mm,电极间隙为3mm,利用半导体激光二极管对开关进行了触发实验。当开关充电电压超过 8kV 后,开关输出脉冲幅度显著增强,输出脉冲前沿快于光脉冲,开关开始了雪崩工作模式,且随着开关电场不断增加, 开关输出电压幅值也线性增加。在不同触发能量下,开关输出电压幅值和波形基本没有改变,但在较高的触发能量和高 的偏置电场下,开关抖动较小,实验中开关获得的最小抖动约500ps。     

GaAs光导开关lock-on模式的高倍增偶极畴模型

采用瞬态电脉冲测试电路,对砷化镓(GaAs)光导开关线性与锁定(lock-on)工作模式的临界状态进行了系统的实验测试,得到阈值条件附近波形变化情况及lock-on模式下电压转换效率显著提高现象.根据实验测试结果,提出了高倍增偶极畴模型,并结合载流子雪崩倍增理论,对实验观察到的若干临界实验现象进行了合理的解释.     

微带线不连续性对光电导开关非线性特性的影响

实验对自行研制的全固态同轴―微带型横向半绝缘砷化镓(SI-GaAs)光电导开关传输特性进行了研究：当偏置电压达到一定阈值时,普通开关进入了非线性锁定（Lock-on）工作模式;在相同实验条件下,当微带线出现不连续时,输出的电脉冲波形没有出现锁定现象;分别用空气击穿的流注模型和微带线等效电容机理分析了微带线不连续效应引起整个开关电路性能变化及抑制开关Lock-on效应的原因。     

Pt/6H-SiC肖特基势垒二极管特性分析

采用直流磁控溅射法、Pt作肖特基接触的工艺，制作了N型6H—SiC肖特基势垒二极管，对肖特基势垒二极管的电学特性及温度特性进行了研究。实验结果表明，该器件具有很好的整流特性，反向电流小、击穿电压高，且在高温下器件波动很小，能够稳定地工作，适合于在高温(600℃)等恶劣环境下长期可靠地工作。     

1000V 4H-SiC VDMOS结构设计与特性研究

设计并优化了一种基于4H-SiC的1000V垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS),在留有50%的裕度后,通过Silvaco仿真软件详细研究了器件各项参数与耐压特性之间的关系。经优化,器件的阈值电压为2.3V,击穿电压达1525V,相较于相同耐压条件下的Si基VDMOS,4H-SiC VDMOS的击穿电压提升了12%。此外,击穿时4H-SiC VDMOS表面电场分布相对均匀,最大值为3.4×10⁶V/cm。终端有效长度为15μm,约为Si基VDMOS的6%,总体面积减小了近1/10。并且4H-SiC VDMOS结构简单,与相同耐压条件下的Si基VDMOS相比,未增加额外的工艺步骤,易于实现。