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雪崩光电二极管的性能测试与仿真优化设计

雪崩光电二极管的性能测试与仿真优化设计

作者：李媛华中科技大学

学位级别：硕士

雪崩光电二极管(APD)作为光探测器是光通信系统中的关键器件,与传统的PIN探测器相比,具有内部增益的APD可提供更高的灵敏度,因而一直受到广泛的关注。随着材料生长技术和半导体工艺的不断发展,为了调控优化器件内部电场分布从而优化器... 详细信息

雪崩光电二极管(APD)作为光探测器是光通信系统中的关键器件,与传统的PIN探测器相比,具有内部增益的APD可提供更高的灵敏度,因而一直受到广泛的关注。随着材料生长技术和半导体工艺的不断发展,为了调控优化器件内部电场分布从而优化器件性能,APD的结构也经历了许多变化,其中具有分立吸收层、渐变层、电荷层和倍增层(SAGCM)结构的APD在增益带宽积和过剩噪声性能方面具有明显优势。SAGCM InGaAs/InP APD是现代光通信系统中接收模块中的重要器件,具有内部增益和高灵敏度的良好特性,而器件的性能受结构参数的影响较大。暗电流和过剩噪声是制约APD性能的重要参数,要想提高APD的性能就必须优化器件设计以降低器件的暗电流和噪声,提高信噪比。本文主要采用实验与理论仿真相结合的方法,研究分析了SAGCM InP/InGaAs APD的结构参数对其性能的影响,并提出了降低暗电流和过剩噪声的优化设计。具体内容包括:(1)对APD的基本性能参数进行了测试与分析,包括I-V特性、噪声特性、带宽特性。首先测试了器件的I-V特性,并由此获得器件的增益特性,以及特征电压参数,并进一步测试分析了入射光强度和波长对器件光响应性能的影响。然后测试分析了器件的噪声特性,采用噪声分析仪测量。与已经报道的测试方法相比,本文额外考虑了激光器引入的相对强度噪声的影响。另外,还测试了器件在不同增益条件下的带宽性能,并分析了各增益条件下带宽的限制因素。(2)基于器件仿真器Silvaco,建立了SAGCM InGaAs/InP APD的仿真模型,得到的I-V特性曲线与测试结果拟合良好。根据仿真结果,提取得到了暗电流成分随偏压变化的特性,在已有的工作基础上,本文进一步研究了APD的结构参数对器件特征电压、暗电流及其成分的影响。通过分析仿真结果,得到了不同倍增层厚度对应的最佳电荷层电荷密度的范围。(3)提出了一种基于III-V族材料的三电极APD结构,引入横、纵两个方向的电场,理论上可以获得高增益低噪声的特性,结构设计完成后,并通过仿真计算对该新结构进行了分析与论证。

关键词：雪崩光电二极管器件仿真优化设计暗电流过剩噪声

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几种新型雪崩光电二极管

激光技术 1983年第2期 1-5+11页

作者：文雪冬

简要介绍了近期报导的多级雪崩光电二极管、电子和空穴分区电离雪崩光电二极管及超晶格雪崩光电二极管的结构、工作原理及有关结果.

关键词：雪崩光电二极管电子轻子过剩噪声载流子(半导体) 空穴

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混合焦平面最佳性能对R0A的要求

激光与红外 1984年第8期 27-33页

作者： S.B.Grossman 吴甄韩丛

引言目前,低背景条件下工作的高性能光电红外传感器的发展方向正逐渐趋向于由本征探测器材料和焦平面硅多路调制器组成的混合焦平面器件。在以分立光电二极管探测器/前放结构为基础的焦平面器件中,为达到背景限性能,对探测器的要求极为... 详细信息

引言目前,低背景条件下工作的高性能光电红外传感器的发展方向正逐渐趋向于由本征探测器材料和焦平面硅多路调制器组成的混合焦平面器件。在以分立光电二极管探测器/前放结构为基础的焦平面器件中,为达到背景限性能,对探测器的要求极为严格,这往往也就是要求背景散粒噪声远大于热产生暗电流散粒噪声。一些文章所研究的混合IRCCD中的二极管在零偏时达不到背景限性能要求。本文将研究零偏时满足最低背景限性能要求（RA要求）的二极管阵列,并研究对二极管的工作特性可能有些什么附加的要求。这些附加要求可能要使二极管在工作状态下的RA比零偏RA大几个数量级。这类较高的动态阻抗常由对二极管加反偏来实现。这就把对阻抗的要求转变为对漏电流或隧道电流的要求,以使二极管能在足够的反偏范围内满意地工作。

关键词：最佳性能沟道反偏二极管 MOSFET 散粒噪声散弹噪声焦平面 R0A CCD 过剩噪声阻抗比

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光纤通信系统的接收机

激光通信 1982年第2期 43-52页

作者：张兴亚

1、引言在传输路径终端或一个中间再生器中的光接收机的作用是把光信号变为电信号。为使发射机和接收机之间的允许损耗即距离最大,接收机应有高的效率、快的响应和低的噪声,以便用最小的接收光功率获得要求的信号噪声比及误码率性能。此... 详细信息

1、引言在传输路径终端或一个中间再生器中的光接收机的作用是把光信号变为电信号。为使发射机和接收机之间的允许损耗即距离最大,接收机应有高的效率、快的响应和低的噪声,以便用最小的接收光功率获得要求的信号噪声比及误码率性能。此外,接收机应能于电源便利的环境温度中工作,并且应当是小型的、轻量的、可靠的和廉价的。

关键词：接收机灵敏度过剩噪声暗电流 FET APD 光纤通信系统光导纤维通信系统雪崩光电二极管

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70兆赫输入网路中的激光发射机

激光通信 1980年第3期 35-40页

作者：高孝刚

设计并试验了对注入式激光器进行幅度强度调制的激光发射机。用GaAlAs双异质结激光器组装六个发射机具有以下性能:(i)调制指数为80％,平均光功率输出为0.6到0.8 mW时,三级互调产物>26 dB,低于主分量;(ii)过剩噪声率小于1.5dB;(iii)频率... 详细信息

设计并试验了对注入式激光器进行幅度强度调制的激光发射机。用GaAlAs双异质结激光器组装六个发射机具有以下性能:(i)调制指数为80％,平均光功率输出为0.6到0.8 mW时,三级互调产物>26 dB,低于主分量;(ii)过剩噪声率小于1.5dB;(iii)频率响应从0.1到10O兆赫时变化±0.6dB。这些发射机在室温下经过800小时老化,连同输入网路一起用在卫星实验中。

关键词：注入式激光器强度调制主分量半导体激光器调幅互调产物过剩噪声激光器驱动激射光发射机激光发射机

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高速光探测器及其应用

激光与光电子学进展 1977年第8期 20-26页

1.序言研究与发展高速光探测器是为了探测由激光器、发光二极管射出的几毫微秒以下的短光脉冲,现在它被广泛用于使用激光器和发光二极管的光通信装置上。高速光探测器有光电倍增管和使用半导体的光电二极管、雪崩光电二极管。光电倍

关键词：光电二极管量子效率响应速度频率响应电场载流子激光效率频率特性电磁场高速光探测器过剩噪声