半绝缘GaAs光电导天线辐射THz电磁波展宽特性分析

介绍了自洽式多粒子蒙特卡罗方法模拟半绝缘GaAs光电导天线辐射THz电磁时域波形。模型中采用光能、脉宽可调飞秒激光器作为触发光源,模拟的THz电磁波形与实验基本吻合。通过载流子在光电导体内的动态输运特性,分析了辐射THz电磁波场比触发光脉冲展宽的物理机制在于:光生载流子在外电场作用下,从初始状态到速度达到稳态要经历一个动量和能量弛豫过程,而正是由于载流子动量和能量的弛豫过程导致光电导天线辐射的太赫兹波展宽。高光能、低偏置电场下,空间电荷电场是造成光电导天线辐射的THz波呈现双极性的主要原因。     

砷化镓太赫兹光导天线的制备及性能研究

用半绝缘砷化镓(SI-GaAs)材料制备了太赫兹(THz)光导天线和天线阵列,其电极间隙分别为50μm、100μm、150μm。用THz时域光谱系统(THz-Time domain system)测试和比较了三种不同电极间隙天线的THz辐射性能,研究了电极间隙的大小对光导天线辐射THz性能影响。实验表明相同衬底材料、几何结构和制作工艺的天线,辐射出的THz电磁波的频谱基本相同,与电极间隙无关;光导天线THz电磁波远场辐射强度与外加偏置电场和天线的有效辐射面积成正比。光导天线阵列在相同的偏置电场以及相同激光光源的情况下比常规光导天线有更强的辐射THz波的能力。     

GaAs光电导开关非线性锁定效应的机理研究

根据光激发电荷畴模型,研究强电场条件下,半绝缘GaAs光电导开关体内热电子的瞬态输运过程及载流子与晶格相互作用的性质,并对光激发单极电荷畴的形成、生长、输运及达到稳定平衡状态的全过程进行了分析。认为GaAs光电导开关的非线性锁定效应是光激发单电荷畴处于稳定平衡状态时的必然结果,同时,电荷畴内部及前端的强电场区域伴随有热电子强烈的局部碰撞电离和辐射复合作用,使载流子迅速雪崩倍增,形成输出电脉冲的超快上升沿,强电场区出现在GaAs光电导开关的阳极周围,在电荷畴到阳极之间将发生强烈的碰撞电离和辐射复合发光,形成丝状电流。     

GaAs光电导开关激子效应的光电导特性

从GaAs光电导开关的激子效应和光激发电荷畴理论基础出发,研究了强电场触发下GaAs光电导开关激子效应的光电导特性;光激发电荷畴与激子效应的相互作用以及激子的形成、传输及离解过程形成自由电子和空穴,为激子激发光电导提供了必要的条件。影响激子效应的光电导特性的主要因素有:激子能级的吸收,束缚激子及光激发电荷畴引起的能带重整化效应,多声子跃迁,束缚激子沿位错线发生分裂和漂移。在上述因素的相互耦合作用下,使得GaAs光电导开关激子效应的光电导呈现出一定的振荡特性。     

基于半绝缘砷化镓叉趾结构光电导天线太赫兹发射频谱的温度倚赖特性

报道了一种基于半绝缘砷化镓(SI-GaAs)叉趾结构光电导天线在不同光生载流子浓度注入条件下,温度在4.2~270 K之间的太赫兹(THz)发射频谱.实验结果表明当温度达到70 K时,其THz发射强度达到最大值.光生载流子浓度和温度共同主导了THz波形和带宽.高照度情况下,大的光生载流子浓度导致空间电荷屏蔽.在此情况下,温度上升导致THz振荡的第一波谷退化.低照度情况下,THz波形呈现单极振荡,且随温度下降发射频谱出现红移.低温导致SI-GaAs的能隙和载流子迁移率发生变化,导致载流子出现谷带间散射,这一机制主导了光电导天线载流子动力学行为.高照度情况下,光电导天线太赫兹发射频谱的温度倚赖特性由空间电荷屏蔽导致的载流子迁移率差异决定.低照度情况下,温度倚赖特性由谷带间散射决定.     

基于半绝缘砷化镓叉趾结构光电导天线太赫兹发射频谱的温度倚赖特性（英文）

报道了一种基于半绝缘砷化镓(SI-Ga As)叉趾结构光电导天线在不同光生载流子浓度注入条件下,温度在4.2~270 K之间的太赫兹(THz)发射频谱.实验结果表明当温度达到70 K时,其THz发射强度达到最大值.光生载流子浓度和温度共同主导了THz波形和带宽.高照度情况下,大的光生载流子浓度导致空间电荷屏蔽.在此情况下,温度上升导致THz振荡的第一波谷退化.低照度情况下,THz波形呈现单极振荡,且随温度下降发射频谱出现红移.低温导致SI-Ga As的能隙和载流子迁移率发生变化,导致载流子出现谷带间散射,这一机制主导了光电导天线载流子动力学行为.高照度情况下,光电导天线太赫兹发射频谱的温度倚赖特性由空间电荷屏蔽导致的载流子迁移率差异决定.低照度情况下,温度倚赖特性由谷带间散射决定.     

表面PIN二极管的电磁辐射特性分析

以表面PIN二极管(SPIN)为研究对象,根据半导体内非平衡载流子双极性扩散方程,推导了外加电场条件下,稳态时本征区载流子浓度一维连续性方程,数值求解了大电流注入条件下本征区固态等离子体电导率.基于固态等离子体电导率在ADS软件中构建可重构贴片单极天线结构,仿真验证了大电流注入条件下,SPIN具有一定的类金属电磁辐射特性.实验结果表明可以用SPIN替代金属作为基本辐射单元构建可重构天线阵列.     

高倍增GaAs光电导开关中的单电荷畴

给出了高倍增SI－GaAs光电导开关中在临界光能,电场阈值触发条件下的瞬态光激发电荷畴现象的实验结果,进一步讨论了生成畴的光,电阈值条件,提出用类似于耿畴的单电荷畴的物理模型来描述高倍增GaAs光电导开关中的Look-on效应。分析了单电荷畴的民和辐射发光的物理过程,并对Lock-on效应的典型现象作了物理解释。     

霍尔角、霍尔电场与载流子能态关系研究

讨论了霍尔电场和外加电场对裁流子作用问题,认为外电场既改变载流子在晶格势场中的能态,也驱动栽流子作漂移运动．在外电场作用下,霍尔角正切反映了载流子在晶格势场中增加的能量占外电场输入能量的百分比,外电场输入能量的其他部分转变成裁流子漂移运动动能、晶格格点热振动能量及焦耳热．     

基于载流子双极输运的二极管电流模型

讨论在考虑过剩多子、双极漂移、双极扩散以及丹倍电场作用下p-n结载流子的输运问题.采用不同于传统肖克莱理论的方法,从过剩多子角度入手,以长基区p+-n结的n型准中性区为例,研究了其中的载流子输运.在考虑双极扩散和双极漂移过程后,指出因双极扩散而产生的丹倍电场在调节载流子输运中的重要作用,并用实验测量、理论分析和数值模拟方法对双极输运和丹倍电场与过剩多子之间的关系加以验证.指出在一个扩散长度内多子电子的漂移电流受到丹倍电场强有力的调节作用.提出了考虑丹倍电场后的漂移电流以及另外三种电流分量和总电流模型,其结果和数值模拟相符,这一模型有助于更加全面准确地理解半导体p-n结理论.