外接电容对脉冲激光辐照Si-APD时的温升影响

硅基雪崩光电二极管(Si-APD)在实际应用中通常需要串联电容来滤除直流信号分量,以便于后续电路对脉冲信号进行提取和放大。另外,Si-APD吸收激光能量后往往导致自身的温升而影响了探测性能。基于此,本论文首次建立了毫秒脉冲激光辐照外接电容电路中Si-APD的热传导模型,并据此对Si-APD的表面温升特性开展了模拟仿真和实验研究。结果表明由于外接电容对回路中电流的阻碍作用,降低了Si-APD中p-n结内部的焦耳热,从而使得外接电容条件下的Si-APD表面温升小于无外接电容的情况,并且电容越小,Si-APD的温升越低。

CsI(Tl)+Si-APD探测器的性能测试

介绍了Si-APD的工作原理并对Si-APD中的暗电流进行了理论分析。基于RIBLL上产生的放射性核束流,使用CsI(Tl)+Si-APD探测器对中能重离子进行了能量测试。测试结果显示,CsI(Tl)+Si-APD探测器测量20 MeV/u的重离子时,可得到3%的能量分辨;同时还发现Si-APD中的暗电流大小以及入射粒子的能量大小都会对探测器的能量分辨产生影响。

硅基APD器件的工艺及性能仿真分析

硅基APD的性能取决于其器件结构与工艺过程。文中对n+-p-π-p+外延结构的APD器件的工艺和器件性能进行了仿真分析,为硅基APD器件的设计提供了理论指导。利用Silvaco软件对APD器件的关键工艺离子注入和扩散工艺进行了仿真,确定工艺参数对杂质的掺杂深度和掺杂分布的影响。并且,对于APD器件的性能进行了分析,对电场分布、增益、量子效率、响应度等参数进行了仿真分析。仿真结果表明:在给定的器件参数条件下,所设计的APD器件的增益为100时,响应度峰值为55A/W左右,在600~900 nm范围内具有较高响应度,峰值波长在810 nm。

拉通型硅基APD保护环工艺研究

研究了离子注入后推结与扩散两种掺杂方式制作保护环对拉通型硅基雪崩光电二极管(Si-APD)器件成品率的影响,对比在不同工艺条件下器件反向击穿电压、暗电流的变化情况。研究结果表明,采用离子注入后推结的方式,在注入后3h@1 100℃条件下的成品率为94%;采用扩散掺杂方式,器件成品率不超过65%。两种方式对器件反向击穿电压影响较小且暗电流抑制效果相当。离子注入后推结制备保护环的方式更适合Si-APD制程。

Ge/Si SACM-APD器件分析

Ge/Si吸收区-电荷区-倍增区分离（SACM）结构的APD作为一种新型光电探测器已成为硅基APD器件研究的重点。对SACM Ge/Si型APD器件的基本结构及其主要特性参数,包括量子效率、响应度、暗电流等进行了理论分析及仿真验证。实验结果表明：在给定的器件参数条件下,所设计的APD器件的雪崩击穿电压为25.7V,最大内部量子效率为91%,单位增益下响应度峰值为0.55 A/W,在750-1500 nm范围内具有较高响应度,其峰值波长为1050 nm;在高偏压以及高光照强度情况下,倍增区发生空间电荷效应从而导致增益降低。

Ge/Si波导集成型APD器件的仿真分析

设计了一种Ge/Si波导集成型雪崩光电二极管（APD）。器件采用将Si波导层置于Ge吸收层之下的结构,光经波导层进入吸收层只需一次耦合,降低了光的损耗,提高了光的吸收率和光电流。采用silvaco软件对器件的结构和性能进行仿真,结果表明：器件的雪崩击穿电压为-28V,最大内量子效率达到89%,在1.15~1.60μm范围内具有较高响应度,峰值波长位于1.31μm,单位响应度最高达0.74A/W,3dB带宽为10GHz。

基于硅雪崩光电二极管的双光子吸收实验(英文)

研究了硅雪崩光电二极管(APD)对光通信波段近红外光子在不同频率、强度,以及APD不同偏压下的双光子吸收效应(TPA)。通过实验详细测量了光频率从186.3 THz到196.1 THz变化时APD的TPA效率,结果表明:随着入射光频率的不断增加,TPA效率呈现出先增大、后减小的规律,并且在190.5 THz附近达到最优效率。此外,在实验中观察到,随着入射光强的增大,TPA效率也呈现出先增大、后减小的现象(此实验中的峰值光强度约10 mW)。

脉冲激光测距仪雪崩光电探测器最佳工作状态和接收灵敏度研究

根据脉冲激光测距仪目前广泛应用的达通型硅雪崩光电二极管 (Si-APD)的噪声谱密度 ,从理论和实验结果分析各种测距精度的脉冲激光测距仪 ,在不同脉冲宽度条件下 ,Si- APD的负载电阻、接收放大器带宽、噪声等效功率、最小可探测功率以及信噪比等数据 ,并将其进行比较。说明保持 Si- APD器件的最佳工作状态是提高激光测距仪的探测灵敏度和测量数据的稳定性、可靠性的重要条件。

不同Ge组分a-Si_(1-x)Ge_(x)键合层对InGaAs/Si雪崩光电二极管性能的影响

采用非晶半导体中间层键合(SIB)实现键合界面失配晶格的阻断是实现高质量Si基InGaAs薄膜制备的最佳选择。本文在InGaAs/Si键合界面插入一层非晶锗硅(a-Si_(1-x)Ge_(x))键合层,模拟了不同Ge组分对InGaAs/Si APD复合率、能带、隧穿、电荷堆积等参数的影响。器件在室温下获得极低的暗电流(~10^(-10) A@95%雪崩电压),增益和增益带宽积分别高达30 GHz和60 GHz。本文将为低噪声近红外APD的研制提供理论指导。

硅基Si/Si0.65Ge0.35多量子阱APD响应特性的研究

以硅基材料为基底,外延生长20周期Si/Si0.65Ge0.35多量子阱结构的雪崩光电二极管(APD)探测器,分析了硅基量子阱结构的APD探测器能带对光子探测波长和响应灵敏度的影响。利用SilvacoTCAD进行工艺建模和光电性能仿真模拟。仿真结果表明,量子阱结构APD探测器响应峰值波长为0.95μm,探测响应截止波长为1.4μm,探测响应度提高了38%,实现了硅基APD探测器对微弱高频近红外光子的响应。

Mg_(2)Si/Si雪崩光电二极管的设计与模拟

Mg_(2)Si作为一种天然丰富的环保材料,在近红外波段吸收系数高,应用于光电二极管中对替代市面上普遍使用的含有毒元素的红外探测器具有重要意义.采用Silvaco软件中Atlas模块构建出以Mg_(2)Si为吸收层的吸收层、电荷层和倍增层分离结构Mg_(2)Si/Si雪崩光电二极管,研究了电荷层和倍增层的厚度以及掺杂浓度对雪崩光电二极管的内部电场分布、穿通电压、击穿电压、C-V特性和瞬态响应的影响,分析了偏置电压对IV特性和光谱响应的影响,得到了雪崩光电二极管初步优化后的穿通电压、击穿电压、暗电流密度、增益系数(Mn)和雪崩效应后对器件电流的放大倍数(M).当入射光波长为1.31μm,光功率为0.01 W/cm^(2)时,光电二极管的穿通电压为17.5 V,击穿电压为50 V,在外加偏压为47.5 V(0.95倍击穿电压)下,器件的光谱响应在波长为1.1μm处取得峰值25 A/W,暗电流密度约为3.6×10^(-5) A/cm^(2),M_(n)为19.6,且M_(n)在器件击穿时有最大值为102,M为75.4.根据模拟计算结果,优化了器件结构参数,为高性能的器件结构设计和实验制备提供理论指导.

高性能波导集成型锗/硅水平APD

相较于传统的吸收层-电荷层-倍增层分离(SACM)的锗/硅雪崩光电二极管(APD),水平APD器件结构及工艺流程简单,且从设计上避免了电荷层的杂质浓度控制的难题。选用绝缘体上硅(SOI)晶圆片,基于0.18μm CMOS兼容工艺制备了一种高性能的波导集成水平锗/硅APD。对APD的器件参数进行了晶圆级测试,包括暗电流、光响应度以及带宽。测试结果表明,吸收区宽度为0.5μm、两侧间隔区宽度为0.8μm的器件在反偏电压-27.5 V下光响应度高达75.89 A/W,间隔区宽度为0.3μm时雪崩击穿电压低至-6.5 V,且可在0.9倍雪崩击穿电压附近测得3 dB带宽达20.06 GHz。

锗硅APD探测器进展

通过在8英寸硅衬底上直接生长锗硅单晶材料的方法,可以制作高性能的光电探测器,该类探测器已经成功实现了商业化。报道了基于CMOS制造工艺,并成功应用于光通信领域中的10 G/25 G锗硅APD探测器,探测器的带宽、灵敏度等性能在850 nm和1310 nm等波段完全超越了传统的Ⅲ-Ⅴ族材料系探测器,器件的可靠性也完全符合光通信行业标准GR-468等对有源器件的要求。该系列PD/APD探测器已经逐步实现了量产,并累计实现出货超过两百万颗。

基于Royer振荡器的硅基雪崩光电二极管偏压电路

针对雪崩光电二极管(Si-APD)所加偏压需要随环境温度作调整,且偏压电路所需的低纹波低噪声等因素,构建了以Royer振荡器和微控制器为核心的偏压电路。该Si-APD偏压电路以BL8032型同步降压控制器作为Royer振荡器的输入电源,以MS5221M型DAC作为该输入电源的调整单元,以AD8606型集成运放和AD7980型ADC作为Royer振荡器输出电压采样单元,以STM32F103TBU6型微控制器作为计算与时序控制单元。本偏压电路不仅具有温度自适应性,而且具有低纹波、低噪声、低功耗和电气安全隔离的特点,能在9~36 VDC宽输入电压范围和-40~70℃环境下良好工作。