Мощные оптоэлектронные коммутаторы нано- и пикосекундного диапазона на основе высоковольтных кремниевых структур с p-n-переходами. I. Физика процесса переключения

Abstract

Впервые проведено численное моделирование процесса переключения высоковольтных кремниевых фотодиодов, фототранзисторов и фототиристоров под действием квазиоднородного по площади освещения пикосекундными лазерными импульсами. Анализ результатов позволил получить эмпирические" соотношения между основными параметрами коммутаторов (энергией управляющих импульсов, коэффициентом поглощения излучения, площадью структур) и параметрами, характеризующими переходный процесс переключения в цепи с активной нагрузкой. Для некоторых из этих соотношений выведены приближенные аналитические формулы, хорошо описывающие результаты моделирования. Отмечено, что различия между процессами коммутации в трех типах структур проявляются только при больших длительностях импульсов на заключительной стадии, когда восстанавливается блокирующая способность фотодиодов и фототранзисторов. DOI: 10.21883/FTP.2017.09.44891.8494

Возбуждение Лазеров На Парах Меди Прямым Разрядом Накопительного Конденсатора Через Быстродействующие Фототиристоры

“…Это не позволяло оптимизировать конструкцию фототиристора. Недавно такая теория была построена в работах автора [11][12][13][14], результаты которых указывают на возможность переключения высоковольтных кремниевых фототиристоров специальной конструкции в проводящее состояние за время 0,1-5 нс под действием импульсов света с длиной волны 1060 Столь радикальное улучшение ситуации стимулировало нас заново проанализировать перспективность замены тиратронов на оптопару «волоконный лазер -фототиристор» в схемах возбуждения ЛПМ и других лазеров на самоограниченных переходах. Результаты этого анализа, изложенные далее, показывают, что такая оптопара является почти идеальным коммутатором, обладающим субнаносекундным быстродействием, близким к 100% КПД и высокой долговечностью, свойственной всем твердотельным приборам.…”

Мощные оптоэлектронные коммутаторы нано- и пикосекундного диапазона на основе высоковольтных кремниевых структур с p-n-переходами III. Эффекты саморазогрева

“…, hω -энергия квантов света, qэлементарный заряд. При выводе (4), как и аналогичной формулы (7) из работы [2], мы предполагали выполнение неравенства t R < t s c , пренебрегали током смещения в проводящем состоянии прибора и резистивным падением напряжения вдоль электродов, обусловленным растеканием тока. Кроме этого, не учитывались отражение света от тыльного контакта и различие подвижностей электронов и дырок.…”

“…В работах [1][2][3] были изложены теория и результаты численного моделирования изотермического переключения высоковольтных кремниевых структур с p−n-переходами (VPSS -Vertical Photoactivated Semiconductor Switch), управляемых пикосекундными лазерными импульсами, которые позволили получить соотношения между параметрами коммутаторов и характеристиками процесса переключения. Эти результаты применимы для анализа работы и проектирования VPSS на низких частотах f , так как за один цикл коммутации в оптимальных режимах рассеивается энергия с плотностью w D = 1 мДж/см 2 [3] и средний по объему перегрев не превосходит 0.01 K. Однако при f ≥ 50 кГц VPSS с освещаемой площадью S ph = 1 см 2 рассеивает среднюю мощность w D S ph f ≥ 50 Вт, и его квазистационарный саморазогрев может превышать 100 K, так как в СВЧ тракте (куда должен быть встроен VPSS) трудно обеспечить теплоотвод с сопротивлением R T ≤ 2 K/Вт. Поэтому для решения практических задач проектирования VPSS необходимо ясное понимание эффектов их саморазогрева, которые обладают нетривиальной особенностью.…”

“…Так как обычно длительность формируемого VPSS импульса t R ≪ τ e,h и меньше времени T s c начала возникновения области пространст венного заряда (см. [2]), а падение напряжения на VPSS U ≫ V C , то последними двумя эффектами можно пренебречь. Но вместо них появляется новый эффект разогрева -увеличение коэффициента поглощения управляющего излучения κ(T ), анализу которого посвящена настоящая работа.…”

“…Но вместо них появляется новый эффект разогрева -увеличение коэффициента поглощения управляющего излучения κ(T ), анализу которого посвящена настоящая работа. Она является продолжением [2,3], так что все обозначения, конструкция VPSS, режимы освещения и коммутации остались теми же, а все результаты приведены для случая S ph = 0.5 см 2 , площади прибора S D = 2S ph , энергии управляющих импульсов света W ph = 50 мкДж, длительности импульсов тока t R = 10 нс и, если это специально не оговорено, температуры окружающей среды T ext = 20 • C.…”