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半绝缘GaAs光电导开关的瞬态热效应

马湘蓉 薛红 施卫

半绝缘GaAs光电导开关的瞬态热效应

马湘蓉, 薛红, 施卫
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  • 实验用波长1064 nm,触发光能为1.0 mJ的激光脉冲触发电极间隙为4 mm的半绝缘GaAs光电导开关,当光电导开关的偏置电压达到3800 V时,开关进入非线性(lock-on)工作模式,在偏置电场和触发光能不变的条件下,开关输出稳定的非线性电脉冲,1500次触发后GaAs开关表面出现因丝状电流引起损伤的痕迹.分析认为:在一定触发光能和电场阈值条件下,开关芯片内存在两种瞬态热效应:热弛豫效应和光激发电荷畴-声子曳引效应.热弛豫时间很短,在皮秒甚至亚皮秒量级,热弛豫过程导致了热传导的弛豫行为;当光激发电荷畴以107 cm/s的速度从阴极向阳极渡越时,在这两种效应的作用下使得开关芯片瞬态温度变化发生了弛豫振荡现象.光激发电荷畴-声子曳引效应在位错运动方向上传播,声子流携带的热能集中在移动的平面内,使得移动区域温度升高,移动轨迹经多次叠加累积呈现出丝状的损伤痕迹.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2007CB310406),国家自然科学基金(批准号: 50837005和10876026),电力设备电气绝缘国家重点实验室(批准号:EIPE09203)资助的课题.
    [1]

    Loubrie G M, Zutavem F J, Baca A G, Hjalmarson H P, Plut T A, Helgeson W D, Malley W O, Ruebush M H, Brown D J 1997 IEEE Trans. Plasma Science 25 124

    [2]

    Islam N E, Schamiloglu E, Fledderman B 1998 Appl. Phys. Lett. 73 1988

    [3]

    Shi W, Tian L Q 2006 Appl. Phys. Lett 89 202103

    [4]

    Jia W L, Ji W L, Shi W 2007 Acta Phys. Sin. 56 2042 ( in Chinese) [贾婉丽、纪卫莉、施 卫 2007 物理学报 56 2042]

    [5]

    Shi W, Wang X M, Hou L, Xu Ming, Liu Zheng 2008 Acta Phys. Sin. 57 6816 (in Chinese ) [施 卫、王馨梅、侯 磊、徐 明、刘 铮 2008 物理学报 57 6816]

    [6]

    Shi W, Qu G H, Wang X M 2009 Acta Phys. Sin. 58 477 (in Chinese ) [施 卫、屈光辉、王馨梅 2009 物理学报 58 477]

    [7]

    Liang L, Yu Y H, Peng Y B 2008 Chin. Phys. B 17 2627

    [8]

    Xu X J, Chen S W, Xu H H, Sun Y 2009 Chin. Phys. B 18 3900

    [9]

    Shi W, Zhang X B, Li Q 2002 China. Phys. Lett .19 351

    [10]

    Shi W, Tian L Q 2004 Chinese Journal of Semiconductor 25 691 (in Chinese) [施 卫、田立强 2004 半导体学报 25 691]

    [11]

    Shi W, Tian L Q, Liu Z, Zhang L Q, Zhang Z Z 2008 Appl. Phys. Lett. 92 043511

    [12]

    Li J X, Zhang M J, Niu S X and Wang Y C 2008 Chin. Phys. B 17 4516

    [13]

    Liu Y M, Yu Z Y, Ren X M 2009 Chin. Phys. B 18 881

    [14]

    Shah. J, 1978 Solid-State Electron 21 43

    [15]

    Liu J 2001 Micro/Nano-scale Heat Transfer (Beijing: Science Press) p 208 (in Chinese) [刘 静 2001 微米/纳米尺度传热学 (北京:科学出版社) 第208页]

    [16]

    Albert M T Kim, 2001 Ph. D. Dissertation (Massachusetts: Harvard University)

    [17]

    Herring C, Geballe T H, Kunzler J E 1954 Phys. Rev. 94 279

    [18]

    Herring C 1954 Phy. Rev. 92 1163

    [19]

    Herring C 1954 Phy. Rev. 92 857

    [20]

    Cheng Y S, Zhou P Y, Feng Y Q 1996 Physical effect and applications (Tianjin: Tianjin university press) p161 (in Chinese) [陈宜生、周佩瑶、冯艳全 1996 物理效应及其应用 (天津:天津大学出版社) 第161页]

    [21]

    Dugdale J S 1977 The Electrical Properties of Metals and Alloys (Edward Arnold publishers Ltd) p183

    [22]

    Shi W 2001 Chinese Journal of Semiconductors 22 1481

    [23]

    Shi W, Dai H Y, Sun X W 2003 Chinese Optics Letters 1 553

    [24]

    Tian L Q, Shi W 2008 J. Appl. Phys. 103 124512

    [25]

    Shi W, Qu G H, Xu M, Xue H, Ji W L, Zhang L, Tian L Q 2009 Appl. Phys. Lett. 94 072110

    [26]

    Kayasit P, Joshi R P 2001 J. Appl. Phys. 89 1411

    [27]

    Shah J, Leheny R F, Wiegmann W 1977 Phys. Rev. B 16 1577

    [28]

    Zutavern F J, Loubriel G M, Mclaughling D L 1992 Proc. SPIE 1632 152

    [29]

    Kambour K, Kang S, Myles C W, Hjalmarson H P 2000 IEEE Tran. Plasma Science 28 1497

    [30]

    Zutavern F J, Loubriel G M, O’Malley M W, Helgeson W D, Mclaughlin D L 1992 IEEE Power Modulator Symposium, Conference Record of the Twentieth, 23—25 Jun 1992 p305

    [31]

    Peierls R 1940 Proc. Phys. Soc. London 52 34

    [32]

    Nabarro F R N 1947 Proc. Phys. Soc. London 59 256

  • [1]

    Loubrie G M, Zutavem F J, Baca A G, Hjalmarson H P, Plut T A, Helgeson W D, Malley W O, Ruebush M H, Brown D J 1997 IEEE Trans. Plasma Science 25 124

    [2]

    Islam N E, Schamiloglu E, Fledderman B 1998 Appl. Phys. Lett. 73 1988

    [3]

    Shi W, Tian L Q 2006 Appl. Phys. Lett 89 202103

    [4]

    Jia W L, Ji W L, Shi W 2007 Acta Phys. Sin. 56 2042 ( in Chinese) [贾婉丽、纪卫莉、施 卫 2007 物理学报 56 2042]

    [5]

    Shi W, Wang X M, Hou L, Xu Ming, Liu Zheng 2008 Acta Phys. Sin. 57 6816 (in Chinese ) [施 卫、王馨梅、侯 磊、徐 明、刘 铮 2008 物理学报 57 6816]

    [6]

    Shi W, Qu G H, Wang X M 2009 Acta Phys. Sin. 58 477 (in Chinese ) [施 卫、屈光辉、王馨梅 2009 物理学报 58 477]

    [7]

    Liang L, Yu Y H, Peng Y B 2008 Chin. Phys. B 17 2627

    [8]

    Xu X J, Chen S W, Xu H H, Sun Y 2009 Chin. Phys. B 18 3900

    [9]

    Shi W, Zhang X B, Li Q 2002 China. Phys. Lett .19 351

    [10]

    Shi W, Tian L Q 2004 Chinese Journal of Semiconductor 25 691 (in Chinese) [施 卫、田立强 2004 半导体学报 25 691]

    [11]

    Shi W, Tian L Q, Liu Z, Zhang L Q, Zhang Z Z 2008 Appl. Phys. Lett. 92 043511

    [12]

    Li J X, Zhang M J, Niu S X and Wang Y C 2008 Chin. Phys. B 17 4516

    [13]

    Liu Y M, Yu Z Y, Ren X M 2009 Chin. Phys. B 18 881

    [14]

    Shah. J, 1978 Solid-State Electron 21 43

    [15]

    Liu J 2001 Micro/Nano-scale Heat Transfer (Beijing: Science Press) p 208 (in Chinese) [刘 静 2001 微米/纳米尺度传热学 (北京:科学出版社) 第208页]

    [16]

    Albert M T Kim, 2001 Ph. D. Dissertation (Massachusetts: Harvard University)

    [17]

    Herring C, Geballe T H, Kunzler J E 1954 Phys. Rev. 94 279

    [18]

    Herring C 1954 Phy. Rev. 92 1163

    [19]

    Herring C 1954 Phy. Rev. 92 857

    [20]

    Cheng Y S, Zhou P Y, Feng Y Q 1996 Physical effect and applications (Tianjin: Tianjin university press) p161 (in Chinese) [陈宜生、周佩瑶、冯艳全 1996 物理效应及其应用 (天津:天津大学出版社) 第161页]

    [21]

    Dugdale J S 1977 The Electrical Properties of Metals and Alloys (Edward Arnold publishers Ltd) p183

    [22]

    Shi W 2001 Chinese Journal of Semiconductors 22 1481

    [23]

    Shi W, Dai H Y, Sun X W 2003 Chinese Optics Letters 1 553

    [24]

    Tian L Q, Shi W 2008 J. Appl. Phys. 103 124512

    [25]

    Shi W, Qu G H, Xu M, Xue H, Ji W L, Zhang L, Tian L Q 2009 Appl. Phys. Lett. 94 072110

    [26]

    Kayasit P, Joshi R P 2001 J. Appl. Phys. 89 1411

    [27]

    Shah J, Leheny R F, Wiegmann W 1977 Phys. Rev. B 16 1577

    [28]

    Zutavern F J, Loubriel G M, Mclaughling D L 1992 Proc. SPIE 1632 152

    [29]

    Kambour K, Kang S, Myles C W, Hjalmarson H P 2000 IEEE Tran. Plasma Science 28 1497

    [30]

    Zutavern F J, Loubriel G M, O’Malley M W, Helgeson W D, Mclaughlin D L 1992 IEEE Power Modulator Symposium, Conference Record of the Twentieth, 23—25 Jun 1992 p305

    [31]

    Peierls R 1940 Proc. Phys. Soc. London 52 34

    [32]

    Nabarro F R N 1947 Proc. Phys. Soc. London 59 256

  • [1] 贾婉丽, 纪卫莉, 施 卫. 半绝缘GaAs光电导开关产生太赫兹波电场屏蔽效应的二维Monte Carlo模拟. 物理学报, 2007, 56(4): 2042-2046. doi: 10.7498/aps.56.2042
    [2] 夏建白. Si,GaAs(111)表面弛豫效应. 物理学报, 1984, 33(2): 143-153. doi: 10.7498/aps.33.143
    [3] 桑萃萃, 万建杰, 丁晓彬, 蒋 军, 董晨钟. 锂原子光电离过程中的弛豫效应. 物理学报, 2008, 57(4): 2152-2160. doi: 10.7498/aps.57.2152
    [4] 李景德. 热电弛豫效应. 物理学报, 1984, 33(11): 1563-1568. doi: 10.7498/aps.33.1563
    [5] 马湘蓉, 施卫, 薛红. 半绝缘GaAs光电导开关体内热电子的光电导振荡特性. 物理学报, 2009, 58(12): 8554-8559. doi: 10.7498/aps.58.8554
    [6] 李玉璋, 徐仲英, 葛惟锟, 许继宗, 郑宝贞, 庄蔚华. 多量子阱结构中热载流子弛豫过程中的非平衡声子效应. 物理学报, 1989, 38(9): 1540-1544. doi: 10.7498/aps.38.1540
    [7] 施卫, 屈光辉, 王馨梅. 半绝缘GaAs光电导开关非线性电脉冲超快上升特性研究. 物理学报, 2009, 58(1): 477-481. doi: 10.7498/aps.58.477
    [8] 顾世杰, 霍崇儒. 丝状发光的GaAs注入式半导体激光器中结电流密度与载流子浓度的分布. 物理学报, 1979, 164(1): 21-32. doi: 10.7498/aps.28.21
    [9] 晁月盛, 孙少权, 滕功清, 赖祖涵. 高密度脉冲电流对非晶Fe-Ni-Si-B合金结构弛豫与晶化的促进效应. 物理学报, 1996, 45(9): 1506-1512. doi: 10.7498/aps.45.1506
    [10] 沈元壤, 周赫田, 初桂荫, 朱化南, 俞祖和, 张治国, 邱元武, 姬国枢, 叶佩弦. 液晶的四波混频及其弛豫效应. 物理学报, 1979, 168(6): 887-890. doi: 10.7498/aps.28.887
    [11] 徐仲英, 李玉璋, 徐俊英, 许继宗, 郑宝真, 庄蔚华, 葛惟锟. GaAs-GaAlAs多量子阱结构中热载流子弛豫过程. 物理学报, 1987, 36(10): 1336-1343. doi: 10.7498/aps.36.1336
    [12] 林子扬, 马仕永, 项 颖, 张介立, 徐则达. 相位延迟法平行排列丝状液晶在静磁场中扭曲效应研究. 物理学报, 1999, 48(10): 1898-1903. doi: 10.7498/aps.48.1898
    [13] 施卫, 田立强, 王馨梅, 徐鸣, 马德明, 周良骥, 刘宏伟, 谢卫平. 高压超大电流光电导开关及其击穿特性研究. 物理学报, 2009, 58(2): 1219-1223. doi: 10.7498/aps.58.1219
    [14] 屈少华, 曹万强. 球形无规键无规场模型研究弛豫铁电体极化效应. 物理学报, 2014, 63(4): 047701. doi: 10.7498/aps.63.047701
    [15] 郭洪霞, 麦振洪. 电导率对电流变效应的影响. 物理学报, 1996, 45(1): 65-72. doi: 10.7498/aps.45.65
    [16] 朱镛, 张道范. α-碘酸锂的电流弛豫和偏压场作用下表观介电常数弛豫行为. 物理学报, 1980, 175(4): 454-460. doi: 10.7498/aps.29.454
    [17] 徐至展, 姚关华. 光电子谱的峰开关效应. 物理学报, 1989, 38(5): 864-868. doi: 10.7498/aps.38.864
    [18] 罗质华, 梁国栋. 一维介观环中持续电流的电子-声子相互作用非经典效应. 物理学报, 2011, 60(3): 037303. doi: 10.7498/aps.60.037303
    [19] 董正高, 沈明荣, 徐闰, 甘肇强, 葛水兵. 氧气氛低温退火Pt/Ba0.8Sr0.2TiO3Pt引起的低频介电弛豫效应. 物理学报, 2002, 51(12): 2896-2900. doi: 10.7498/aps.51.2896
    [20] 陈光德, 苑进社. 蓝宝石邻晶面衬底MBE生长GaN薄膜的瞬态光电导弛豫特性研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4218-4223. doi: 10.7498/aps.56.4218
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-07-19
  • 修回日期:  2009-12-07
  • 刊出日期:  2010-08-15

半绝缘GaAs光电导开关的瞬态热效应

  • 1. (1)西安理工大学应用物理系,西安 710054; (2)西安理工大学应用物理系,西安 710054; 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安 710049
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号:2007CB310406),国家自然科学基金(批准号: 50837005和10876026),电力设备电气绝缘国家重点实验室(批准号:EIPE09203)资助的课题.

摘要: 实验用波长1064 nm,触发光能为1.0 mJ的激光脉冲触发电极间隙为4 mm的半绝缘GaAs光电导开关,当光电导开关的偏置电压达到3800 V时,开关进入非线性(lock-on)工作模式,在偏置电场和触发光能不变的条件下,开关输出稳定的非线性电脉冲,1500次触发后GaAs开关表面出现因丝状电流引起损伤的痕迹.分析认为:在一定触发光能和电场阈值条件下,开关芯片内存在两种瞬态热效应:热弛豫效应和光激发电荷畴-声子曳引效应.热弛豫时间很短,在皮秒甚至亚皮秒量级,热弛豫过程导致了热传导的弛豫行为;当光激发电荷畴以107 cm/s的速度从阴极向阳极渡越时,在这两种效应的作用下使得开关芯片瞬态温度变化发生了弛豫振荡现象.光激发电荷畴-声子曳引效应在位错运动方向上传播,声子流携带的热能集中在移动的平面内,使得移动区域温度升高,移动轨迹经多次叠加累积呈现出丝状的损伤痕迹.

English Abstract

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