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《中国工程物理研究院》 2011年
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大功率GaAs光导开关热设计技术研究

赵越  
【摘要】:小型化、重复频率是脉冲功率技术目前发展的主要方向之一。光导半导体开关(Photoconductive Semiconductor Switch, PCSS),简称光导开关,是超快脉冲激光技术和半导体技术相结合而产生的新型器件,通过触发光对半导体材料电导率的控制实现开关的导通和关断。光导开关以其高功率、高重复频率、低抖动等优点,在小型化、重复频率脉冲功率装置设计中日益受到重视。光导开关工作过程中的欧姆生热严重影响光导开关的电学性能和使用寿命,本文讨论了光导开关不同光电导方式和工作模式的热特征,指出其暗态热过程符合傅里叶热传导定律,而导通状态瞬态热过程具有很强的非傅里叶效应。为便于对热过程进行分析,可通过适当假设,有效地将光导开关的热过程进行简化。 在对光导开关热过程进行简化的基础上,基于时域有限差分法(Finite Difference Time Domain method, FDTD)建立了光导开关的工程数值热学模型,使用该模型分析了各种发热机制及温度参数对光导开关电学性能的影响,对非线性模式GaAs光导开关的热传导过程进行了数值模拟。定义了光导开关临界频率为特定热边界条件下可持续运行的最高频率,研究了临界频率随电流丝位置、半径、数量、芯片尺寸、环境温度等参量变化的趋势。模拟结果表明:临界频率随电流丝半径、数量的增加,呈指数上升趋势;临界频率随着电流丝距热边界距离的增加、芯片厚度的增加,呈指数下升趋势;临界频率在某个特定温度阈值以下随环境温度的上升呈线性下降趋势。当温度达到某个特定阈值时,首次脉冲即会导致光导开关的损坏。 为解决因欧姆生热导致光导开关芯片温度升高而形成的局部热点,使用硅材料设计了一种矩形微槽微通道散热器,其由散热器本体和盖板两部分组成,散热器本体上设有分流槽、矩形微槽阵列、汇流槽,盖板通过半导体刻蚀工艺形成通孔,两部分通过硅-硅键合工艺连接以形成闭合通道。分别以水和FC-40为冷却工质,实验测试了不同冷却工质流量、进口温度时微通道散热器的换热性能、温度均匀性和流体阻力,证明该微通道散热器在适中的冷却工质流量下具有较高的换热性能、较低的流体阻力和较好的温度均匀性,满足大部分重复频率大功率光导开关的散热冷却需求。 设计了一种光导开关和半导体激光二极管触发光源绝缘封装结构,该结构具有由K9光学玻璃窗隔离的两个小室,分别用于放置光导开关芯片和半导体激光二极管触发光源,经外循环冷却的FC-40工质经歧管分别冷却光导开关芯片和半导体激光二极管触发光源,并充满光导开关芯片所在小室,为光导开关芯片提供绝缘保护。该种封装结构可以允许光导开关以较高重复频率运行。 最后通过对光导开关的欧姆接触原理、制作方法、退化机理的讨论,针对光导开关欧姆接触性能退化提出三种假设:高温下欧姆接触区域的多层离子参杂层之间的离子互扩散可能是导致欧姆接触失效的主要原因之一;欧姆接触电极和半导体材料的热失配带来的循环热应力可能是导致欧姆接触电极剥离和脱落的主要原因之一;某些带Si3N4保护层的GaAs光导开关,在重复频率运行时Si3N4保护层的剥离和脱落是因为热失配带来的循环热应力造成的。
【学位授予单位】:中国工程物理研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN78;TN36

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【参考文献】
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1 杨雪梅;大电流密度器件的欧姆接触[J];半导体光电;2002年04期
2 施卫,田立强;半绝缘GaAs光电导开关的击穿特性[J];半导体学报;2004年06期
3 施卫,张显斌,贾婉丽,李孟霞,许景周,张希成;用飞秒激光触发GaAs光电导体产生THz电磁波的研究[J];半导体学报;2004年12期
4 李志国,李静,孙英华,吉元,程尧海,严永鑫,李学信;Au/AuGeNi/n-GaAs欧姆接触失效机理的研究[J];半导体杂志;1995年04期
5 扶新;高潮;贺俊杰;段沽坪;张超曾;;基于半导体制冷器的CPU散热研究[J];低温与超导;2009年03期
6 张浙,刘登瀛;超急速传热时球体内非稳态热传导的非傅里叶效应[J];工程热物理学报;1998年05期
7 牛燕雄,谭吉春;GaAs光导开关的热击穿实验研究[J];光电子·激光;1994年05期
8 蒋幼泉;PtTi阻挡层对AuTi/AuGe:Ni/GaAs系统热稳定性及欧姆接触特性的影响[J];固体电子学研究与进展;1994年01期
9 李福利;任荣东;王新柯;周斌权;;太赫兹辐射原理与若干应用[J];激光与红外;2006年S1期
10 张浙,刘登瀛;非傅里叶热传导研究进展[J];力学进展;2000年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 祁海峰;连续及纳秒激光对砷化镓材料的损伤研究[D];山东大学;2008年
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1 李永富;强激光对砷化镓材料损伤机理的研究[D];山东大学;2007年
【共引文献】
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1 赵敬源;邱永亮;;地下建筑热工环境的数值分析研究[J];四川建筑科学研究;2005年06期
2 苏华;;水电站地下隧洞换热计算模型比较[J];四川建筑科学研究;2009年05期
3 高军;刘淇滨;白世宏;;热管技术在鞍钢彩涂线低温尾气余热回收中的应用[J];鞍钢技术;2012年02期
4 张富强,王久彬;连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座 第十二讲 流体运动基础[J];鞍钢技术;1998年05期
5 张富强,王久彬;连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座 第十三讲 连铸结晶器中钢液流动的研究[J];鞍钢技术;1998年06期
6 冯忆艰,桂长林,孙军;功能梯度材料及其在内燃机燃烧室中的应用[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2004年02期
7 杨双根,金开军,朱春玲;液冷组件热设计[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2004年04期
8 许兆棠;张恒;;果蔬冷藏车太阳能半导体冷藏系统的设计[J];安徽农业科学;2009年16期
9 潘晓东;唐健生;田竹君;李振兴;;花道泡水质模拟预测研究[J];安徽农业科学;2009年21期
10 张曦;;太阳能供电与半导体制冷箱的设计[J];中国建设动态.阳光能源;2004年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 何安良;;基于热管技术提高制冷空调系统性能[A];中国建筑学会建筑热能动力分会第十六届学术交流大会论文集[C];2009年
2 杨娟;冯诗愚;刘卫华;;计算机芯片冷却技术的研究现状与发展[A];中国建筑学会建筑热能动力分会第十六届学术交流大会论文集[C];2009年
3 谢瑞;刘军;李武华;何湘宁;;环境保护中高压脉冲等离子体技术的应用[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 周思柱;陈翔;吴汉川;祝克强;黄天成;;混砂车搅拌罐流场分析方法[A];非常规油气资源勘探开发装备及应用技术研讨会论文集[C];2011年
5 吴鹏松;吴朝野;周东华;;适应性非线性前馈控制系统在钢轨热处理中的应用研究[A];中国计量协会冶金分会2012年会暨能源计量与节能降耗经验交流会论文集[C];2012年
6 黄凯;董志强;任人;张翠花;;电磁炮脉冲电源系统中晶闸管开关保护技术研究[A];2011中国电工技术学会学术年会论文集[C];2011年
7 王笑非;赵玺;王大鹏;;基于F28335的脉冲电源充电研究[A];2011中国电工技术学会学术年会论文集[C];2011年
8 陈仕修;李方超;盖斐;陈堃;;降低开关火花电阻的初步研究[A];2011中国电工技术学会学术年会论文集[C];2011年
9 赵宇;王兵;;空间光学遥感器电子设备热分析应用[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
10 赏国锋;沈国清;;海水淡化膜蒸馏装置传热表面的处理[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
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1 高晓阳;甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究[D];甘肃农业大学;2010年
2 朱蓓蓓;溴化锂水溶液微观特性的分子动力学研究[D];大连海事大学;2010年
3 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
4 白会娟;导电材料结构电磁热弹性多场行为的理论研究[D];兰州大学;2010年
5 祝红梅;医疗废物中典型组分的热解焚烧特性及回转式流化冷渣三段焚烧系统的数值模拟[D];浙江大学;2009年
6 焦波;重力热管传热过程的数学模型及液氮温区重力热管的实验研究[D];浙江大学;2009年
7 刘显茜;生物多孔材料非稳态收缩及其对传热传质影响研究[D];昆明理工大学;2010年
8 华周发;质子交换膜燃料电池动态响应研究[D];武汉理工大学;2010年
9 宋建荣;7YSZ/Al_2O_3/Ni-343多层热障涂层的同步合成及其性能研究[D];武汉理工大学;2010年
10 龚玮;皮肤选择性光热解效应与光疗及热损伤的评估方法和技术[D];福建师范大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张战锋;塞流式厌氧发酵反应器物料流场的CFD模拟[D];华中农业大学;2010年
2 邱云;电晕稳定开关的研究[D];中国工程物理研究院;2010年
3 刘瑜;基于磁场闪络抑制效应的真空沿面闪络特性研究[D];中国工程物理研究院;2010年
4 张篁;大面积含钪热阴极的光电发射研究[D];中国工程物理研究院;2010年
5 李寅鑫;高功率GaAs光电导开关设计技术研究[D];中国工程物理研究院;2009年
6 赵永梅;方钢管混凝土火灾条件下温度场和温度应力研究[D];山东科技大学;2010年
7 朱宜存;光电导天线产生太赫兹波的理论和实验研究[D];郑州大学;2010年
8 张守银;非线性光学差频及和频方法产生太赫兹波及延迟成像的研究[D];郑州大学;2010年
9 魏国亮;多级压气机三维流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 张哲衡;高能燃料燃烧流场的数值模拟与结构设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄裕年;用光导半导体开关产生高功率微波[J];半导体光电;1998年02期
2 强希文;连续波激光辐照光伏型探测器的光电饱和效应[J];半导体光电;2000年05期
3 唐春晖;半导体制冷——21世纪的绿色“冷源”[J];半导体技术;2005年05期
4 施卫;高倍增GaAs光电导开关的光激发电荷畴模型(英文)[J];半导体学报;2001年12期
5 施卫,田立强;半绝缘GaAs光电导开关的击穿特性[J];半导体学报;2004年06期
6 施卫,贾婉丽,纪卫莉;基于GaAs光电导开关的超宽带微波源(英文)[J];半导体学报;2005年01期
7 徐波,王占国,万寿科,孙红,张辉,杨锡权,林兰英;EL2光淬灭过程中光电导增强现象原因新探[J];半导体学报;1994年05期
8 施卫,梁振宪;高倍增高压超快GaAs光电导开关中的光激发畴现象[J];半导体学报;1999年01期
9 陶汉中;张红;庄骏;;槽道热管压扁度对传热的影响[J];北京化工大学学报(自然科学版);2007年01期
10 邓志杰;GaAs单晶材料发展现状和展望[J];世界有色金属;2000年10期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 任荣东;王新柯;赵国忠;耿玉真;李福利;;太赫兹辐射对建筑材料的穿透特性研究[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年
2 李福利;沙琳;赵国忠;任荣东;王新柯;耿玉珍;;太赫兹辐射穿地雷达与穿地遥感的概念设计[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年
3 王新柯;任荣东;赵国忠;耿玉珍;李福利;;太赫兹辐射对包装材料透射特性的研究[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年
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1 倪晓昌;飞秒激光微精细加工理论与实验研究[D];天津大学;2004年
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1 杨春,杨宏春,吴明和,曾刚,赵卫,阮弛;光导开关实验研究[J];压电与声光;2004年06期
2 鲍吉龙,石顺祥,许长存;高效率微带光导开关设计[J];激光杂志;1997年01期
3 代;功率光导开关砷化镓基体材料特性的研究通过鉴定[J];河北工业大学学报;2001年02期
4 石顺祥,鲍吉龙,王永昌,杨德顺,詹玉书,赵伟,杨鸿儒,杨斌洲,张小秋;新型高效率微带型光导开关脉冲产生器输出特性的研究[J];光学学报;1994年03期
5 牛燕雄;用光导开关产生高压、高功率超快电脉冲[J];激光技术;1995年03期
6 鲍吉龙,沙济彰,姚瑛;产生窄微波脉冲微带光导开关的频率特性[J];河海大学常州分校学报;1997年02期
7 谭吉春 ,刘忠;光导开关高功率微波发生器[J];国防科技;1999年04期
8 鲍吉龙,石顺祥,詹玉书;高压超快光导开关输出电脉冲的瞬态分析[J];光子学报;1995年01期
9 石顺祥,万贤军;光导开关中深能级杂质对输出脉冲影响的研究[J];光子学报;1997年10期
10 阮成礼,袁乃昌;新型超宽带脉冲源[J];电子学报;1994年12期
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1 阮成礼;袁乃昌;;皮秒光导开关及超宽带雷达的实验室模型的研制[A];1993年全国微波会议论文集(下册)[C];1993年
2 施志贵;罗剑波;费三国;;半导体激光二极管激励光导开关的实验[A];中国工程物理研究院科技年报(2002)[C];2002年
3 王晓双;刘仁和;;InP:Fe光导开关的研究[A];第十届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集[C];2000年
4 张巧利;赵德双;王秉中;;光导开关的3D-FDTD分析[A];2007年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2007年
5 刘思力;潘伟;毛宁;;光导开关在超宽带雷达中的应用[A];2007中国控制与决策学术年会论文集[C];2007年
6 刘广燕;杨宏春;阮成礼;张连红;阮驰;;光控阵列高功率瞬态电磁脉冲同相合成技术[A];2009年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2009年
7 刘承俊;陈德彪;夏连胜;戴光森;张篁;程念安;;采用复合介质和光导开关的固态带状Blumlein线[A];第二届全国信息与电子工程学术交流会暨第十三届四川省电子学会曙光分会学术年会论文集[C];2006年
8 陈德彪;刘承俊;夏连胜;戴光森;张篁;程念安;;高介电常数复合介质固态Blumlein线初步研究[A];中国工程物理研究院科技年报(2008年版)[C];2009年
9 石顺祥;鲍吉龙;詹玉书;过已吉;;微微秒光电子技术应用于微波产生和控制[A];1991年全国微波会议论文集(卷Ⅱ)[C];1991年
10 ;Study of the Performance on Planar GaAs Radio Frequency Diode Mixer Device[A];2002海峡两岸三地无线科技研讨会论文集[C];2002年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王小庆;四十六所:以GaAs生产为主[N];中国电子报;2002年
2 青山;砷化镓集成电路应用前景展望[N];中国电子报;2001年
3 张小明;砷化镓产业:中国后来居上不是梦[N];中国电子报;2003年
4 李飞;我国砷化镓产业链不断扩大[N];中国有色金属报;2003年
5 吴映红;GaAs集成电路市场千帆竞发[N];中国电子报;2000年
6 信息产业部电子第十三研究所 赵正平 李秀清;实现我国GaAs集成电路新发展[N];中国电子报;2001年
7 CCID微电子研究所;日益丰富的半导体材料[N];中国电子报;2002年
8 本报记者 范明义 任爱青;55所:厚积而薄发[N];中国电子报;2003年
9 中国电子材料行业协会 理事长管丕恺 理事长张臣;九类电子材料发展评析及需求预测[N];中国电子报;2003年
10 《技术预测与国家关键技术选择》研究组、新材料领域组;电子信息材料发展趋势[N];中国社会科学院院报;2003年
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1 刘鸿;砷化镓光导开关的物理机理[D];电子科技大学;2010年
2 龚仁喜;GaAs光导开关的线性及非线性特性研究[D];西安电子科技大学;2002年
3 匡登峰;超高速光导开关及其测试系统关键问题的研究[D];天津大学;2005年
4 李冰寒;GaAs、GaSb基材料生长及其器件研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2004年
5 刘文超;砷化镓基高温HBT器件及其特性研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2004年
6 田立强;高功率GaAs光电导开关的特性与击穿机理研究[D];西安理工大学;2009年
7 杨智;GaAs光电阴极智能激活与结构设计研究[D];南京理工大学;2010年
8 屈光辉;GaAs光电导开关中载流子输运规律研究[D];西安理工大学;2009年
9 牛军;变掺杂GaAs光电阴极特性及评估研究[D];南京理工大学;2011年
10 郭娟;激光诱导的GaAs和GaN等离子体特性研究[D];山东师范大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵越;大功率GaAs光导开关热设计技术研究[D];中国工程物理研究院;2011年
2 倪娜;半绝缘碳化硅光导开关的仿真研究[D];西安电子科技大学;2010年
3 李源;超高速光导开关测试系统的研究[D];天津大学;2004年
4 刘强;新型SiC光导开关特性研究[D];西安电子科技大学;2011年
5 于海霞;GaAs;Si;Cu光控半导体开关基体材料特性的研究[D];河北工业大学;2000年
6 廖宇龙;碳化硅材料高功率光导开关研究[D];西安电子科技大学;2009年
7 程万杰;光导开关及THz技术研究[D];西安电子科技大学;2009年
8 包承育;基于介质谐振器的光导高功率微波源的研究[D];电子科技大学;2007年
9 李敏;新型超高速光导开关加工的研究[D];天津大学;2006年
10 钟杰;一种基于光导开关的微波源设计[D];电子科技大学;2007年
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