基于神经网络的雪崩光电二极管SPICE模型构建

针对雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)雪崩前后电流数量级相差大、I-V特性曲线变化剧烈的特点,在对I-V特性数据进行对数化、归一化预处理的基础上,采用浅层神经网络完成I-V函数拟合,并进一步优化神经网络结构以提升模型准确性.在此基础上,使用Verilog-A硬件描述语言实现APD的SPICE模型,并应用Cadence软件设计电路验证模型的有效性和准确性,引入相对误差评估模型的准确度.结果表明:优化后的神经网络学习的I-V特性函数与TCAD仿真数据的均方误差损失为2.544×10^(-7),SPICE模型验证电路采样数据与TCAD仿真数据的最大相对误差为3.448%,平均相对误差为0.630%,构建SPICE模型用时约50 h,实现了高精度、高效率的器件SPICE模型构建,对新型APD的设计与应用具有重要指导意义.

Zn扩散对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管雪崩击穿概率的影响

对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管进行结构设计与数值仿真,得到相应的电学与光学参数。针对雪崩击穿概率对器件光子探测效率的影响,研究了两次Zn扩散深度差、Zn扩散横向扩散因子、Zn掺杂浓度以及温度参数与器件雪崩击穿概率的关系。研究发现,当深扩散深度为2.3μm固定值时,浅扩散深度存在对应最佳目标值。浅扩散深度越深,相同过偏压条件下倍增区中心雪崩击穿概率越大,电场强度也会随之增加。当两次Zn扩散深度差小于0.6μm时,会发生倍增区外的非理想击穿,导致器件的暗计数增大。Zn扩散横向扩散因子越大,倍增区中心部分雪崩击穿概率越大,而倍增区边缘雪崩击穿概率会越小。在扩散深度不变的情况下,浅扩散Zn掺杂浓度对雪崩击穿概率无明显影响,但深扩散Zn掺杂浓度越高,相同过偏压条件下雪崩击穿概率越小。本文研究可为设计和研制高探测效率、低暗计数InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管提供参考。

InP衬底上的双载流子倍增雪崩光电二极管结构设计

雪崩光电二极管因其具有高的倍增被广泛应用于光通信、激光雷达等各种领域,为了适应极微弱信号探测应用场合,需要器件获得更高的增益值.当前雪崩光电二极管一般采用单载流子倍增方式工作,其倍增效果有限.本文设计了一种电子和空穴同时参与倍增的InP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/In_(0.52)Al_(0.48)As雪崩光电二极管结构,其中吸收层采用In_(0.53)Ga_(0.47)As材料,空穴倍增层采用InP材料,电子倍增层采用In_(0.52)Al_(0.48)As材料,两个倍增层分布在吸收层的上下两侧.采用Silvaco TCAD软件对此结构以及传统单倍增层结构进行了模拟仿真,对比单InP倍增层结构和单In_(0.52)Al_(0.48)As倍增层结构,双倍增层结构在95%击穿电压下的增益值分别约为前两者的2.3倍和2倍左右,由于两种载流子在两个倍增层同时参与了倍增,所以器件具有更大的增益值,且暗电流并没有增加,有望提高系统探测的灵敏度.

雪崩光电二极管器件信噪比分析与计算

雪崩光电二极管具有光电转换能力强、耗电低、感光精度高及可以在更大的频谱范围内工作的优点,在光电通信的应用地位越来越重要。雪崩效应是由二极管内高电压产生光电流迅速增加引起的。该文详细分析和计算APD雪崩光电二极管工作噪声的来源和光电转换信噪比的变化。雪崩效应造成的光电二极管的内部增益不仅会扩大接收信号的噪音,还会扩大原始噪音,使人们很难收集和提取外部的微弱信号,输出信号中的噪音是影响雪崩光电二极管信噪比的主要原因,因此要提高雪崩光电二极管的性能,必须减少噪音。

4×44H-SiC紫外雪崩光电二极管阵列

碳化硅(SiC)雪崩光电二极管(APD)固态紫外(UV)探测器在很多领域具有重要的潜在应用价值。针对4H-SiC APD阵列目前面临的像元良率较低和击穿电压一致性差等问题,基于吸收电荷倍增分离结构,设计制备了一款4×4的4H-SiC APD阵列芯片,并对其紫外探测性能和阵列像元的一致性进行了测试与分析。结果显示,所制备的4×4 4H-SiC APD阵列不但具有较大的像元面积,而且具有较好的紫外探测性能、较高的像元良率和较好的击穿电压一致性。室温下,像元的雪崩增益高达10~5以上,单位增益最大外量子效率为70%,阵列中16个像元均实现雪崩硬击穿,像元良率达到100%,击穿电压保持高度一致,均为157.2 V,在95%击穿电压时像元的暗电流全部小于1 nA。4H-SiC APD阵列性能的提高将为4H-SiC APD在紫外成像领域的应用奠定基础。

硅雪崩光电二极管单光子探测器

将硅雪崩光电二极管应用于盖革模式下 ,制作出高量子效率、低噪音、短死时间的单光子探测器 .设计并制作了雪崩抑制电路 ,获得探测器特性参量为无源抑制方式下死时间1 μs,有源抑制下 60～ 80 ns,输出脉冲宽度 1 5～ 2 0 ns.并详细检测了探测器直到液氮温度下的特性 .

MBE生长的PIN结构碲镉汞红外雪崩光电二极管

对中波红外碲镉汞雪崩光电二极管(APD)特性进行理论计算,获得材料的能量散射因子及电离阈值能级与材料特性的相互关系,从而计算器件的理论雪崩增益与击穿电压.通过对材料特性(组分,外延厚度,掺杂浓度等)的优化,设计并生长了适合制备PIN结构红外雪崩光电二极管的碲镉汞材料,并进行了器件验证.结果显示,在10 V反偏电压下,该器件电流增益可达335.

中波碲镉汞雪崩光电二极管的增益特性

采用不同工艺制备了中波碲镉汞(Hg Cd Te)雪崩二极管(APD)器件,利用不同方法对其结特性和增益随偏压变化关系进行了表征,并基于Beck模型和肖克莱解析式进行了拟合分析.结果表明,不同工艺制备的APD器件饱和耗尽区宽度分别为1. 2μm和2. 5μm,较宽的耗尽层有效抑制了高反偏下器件的隧道电流,器件有效增益则从近100提高至1 000以上.用肖克莱解析式拟合Hg Cd Te APD器件增益-偏压曲线,获得了较好的效果.拟合结果与Sofradir公司的J. Rothman的报道相似.

新型雪崩光电二极管和CsI（Tl）晶体组成的闪烁探测器

本文介绍ｓ５３４５型雪崩光电二极管用于ＣｓＩ（Ｔｌ）晶体光信号的读出，测量了γ射线的能谱，对应于￣（２２）Ｎａ的１．２７ＭｅＶ的入射能量，得到６．８％的能量分辨率。并对能量分辨率与光耦合面积及晶体尺寸、成形时间、偏压的关系等进行了测量。将雪崩光电二极管和ＣｓＩ（Ｔｌ）晶体组成一种新型的闪烁探测器的实验研究这在国内尚属首次。

基于InGaAs/InP雪崩光电二极管的高速单光子探测器雪崩特性研究（英文）

报道了一种基于InGaAs/InP雪崩光电二极管、1.25GHz正弦波门控及贝塞尔低通滤波器的1.25GHz高速短波红外单光子探测器.通过调整比较电路的鉴别电平,实验研究了单光子探测器雪崩信号幅度随反向直流偏压的变化.随着鉴别电平的提高,单光子探测器的探测效率及暗计数率均呈指数衰减,而后脉冲概率先增大到一个峰值,然后减小.研究表明,为获得更高的性能,需要尽量降低单光子探测器的鉴别电平.

GaN基雪崩光电二极管及其研究进展

越来越多的民用与军事对高灵敏度紫外探测的需求促进了GaN基雪崩光电二极管（APD）的快速发展。雪崩光电二极管工作在高反偏电压状态，器件内部载流子在高场下发生碰撞离化，从而使探测信号产生增益。首先对GaN基雪崩光电二极管的研究进展进行了回顾，然后重点报道了器件的增益最大可达3＆#215;105，介绍了本征层厚度与器件暗电流的关系，简单介绍了正在组建的基于相敏探测的交流增益测试系统，并研究了过剩噪声与调制频率之间的关系，发现在低频波段（30~2 kHz），过剩噪声呈现1/f噪声特性。最后，对盖革模式的雪崩光电二极管的研究进展及应用前景进行了简单介绍。

雪崩光电二极管电外差混频技术及其参量优化

雪崩光电二极管(APD)具有频响宽、灵敏度高的优点,在激光测距中有重要应用。为了分析APD电外差混频技术对系统信噪比的影响,建立了APD的数学模型,仿真分析了偏置电压直流分量与信噪比的关系,以及APD击穿电压变化时对信噪比的影响。结果表明,APD电外差混频技术会降低APD输出信号的信噪比,但它降低了后续电路处理带宽,有利于系统整体信噪比的提升;当APD输入光信号较微弱时,采用电外差混频技术,可有效提高系统整体的信噪比。

雪崩光电二极管温漂特性的实验研究

对雪崩光电二极管的温漂特性即增益随温度的变化特性进行了研究，给出了其相应的漂移方程，并对温漂的补偿方法进行了探讨。实验结果对正确使用雪崩光电二极管，确保雪崩光电二极管能够稳定地工作具有重要的参考价值。

激光测高仪中雪崩光电二极管的探测性能分析

光电探测器是影响激光测高仪探测性能的重要器件。为了使探测器性能保持最佳状态,采用了近似算法进行分析。该算法使用近似分布函数来模拟探测器的输出,推导出虚警率与阈值门限和倍增因子三者之间的函数关系,找出虚警率、阈值和增益之间的最佳结合点。实验表明,根据该方法设计的激光测高仪探测器接收电路,可使探测概率和回波信噪比有显著提高。这一结果对激光测高仪目标特性的回波分析和地形地貌3维轮廓重建有很大帮助。

用AC1056实现对雪崩光电二极管温漂的偏压补偿

雪崩光电二极管 (APD)的增益严重地受到温度的影响。AC10 5 6是一款多功能的12位A/D板 ,具有A/D转换和D/A控制的功能。利用它得到了具有相当精度的对APD偏压和温度的采集和具有高精度的对APD偏压的控制 ,从而获得了在维持APD增益比较恒定的条件下其温度和偏压之间的关系 ,并在应用中实现了对APD温度漂移的偏压补偿。

高速InP/InGaAs雪崩光电二极管

采用分层吸收渐变电荷倍增(SAGCM)结构,通过两次扩散、多层介质淀积、AuZn p 型欧姆接触、AuGeNi n 型欧姆接触等工艺,设计制造了正面入射平面 InP/InGaAs 雪崩光电二极管,器件利用 InGaAs做吸收层,InP 做增益层,光敏面直径50μm;测试结果表明器件有正常的光响应特性,击穿电压32～42 V,在低于击穿电压2 V 左右可以得到大约10 A/W 的光响应度,在0到小于击穿电压1 V 的偏压范围内,暗电流只有1 nA 左右;器件在2.7 GHz 以下有平坦的增益。

雪崩光电二极管恒虚警率控制在激光成像系统中的应用

雪崩光电二极管以其接收灵敏度高、响应速度快等优点 ,常用于扫描式激光成像系统中。由于雪崩光电二极管的工作电压随背景和温度的变化而变化 ,因此正确设置其工作偏压 ,对充分发挥接收系统的探测灵敏度是重要的。主要讨论采用恒虚警率控制法自动设置雪崩光电二极管的偏压 。

雪崩光电二极管反向偏压电路设计及仿真

为解决雪崩光电二极管正常工作时需要的直流反向偏压问题,提出了利用电感式升压电路的设计方法。该方法利用开关管、单电感、电容、电阻对5 V直流电进行升压,结合555芯片组成的压控振荡器产生频率信号,控制开关管的导通与关断,并利用反馈电路控制压控振荡器的频率,同时采用Multisim9进行仿真。仿真结果表明,当输入电压为5 V时,输出电压为160.096 V且保持稳定不变,解决了雪崩光电二极管在正常工作时需要在阴极加上很高直流反向偏压的问题。

用于4H-SiC雪崩光电探测器p型欧姆接触的研究

对4H-SiC雪崩光电探测器的Ti/Al/Au p型欧姆接触进行了详细的研究。通过线性传输线模型(LTLM)测得经930℃退火后欧姆接触的最小比接触电阻为5.4×10^(-4)Ωcm^2。分别用扫描电子显微镜(SEM)、俄歇电子能谱(AES)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射谱(XRD)对退火前后的表面形貌、金属之间以及金-半接触界面之间相互反应及扩散情况进行测试与分析,发现了影响欧姆接触性能的主要原冈。对采用此欧姆接触制备的4H-SiC雪崩光电探测器进行测试,发现器件的击穿电压约为-55 V,此时其p型电极处的电压降仅为0.82 mV,可以满足4H-SiC雪崩光电探测器在高压下工作的需要。

雪崩光电二极管在相位式激光测距仪中的应用

雪崩光电二极管作为光敏接收器件,特别适合用于微弱信号的接收检测,它在相位式激光测距系统中用来接收经过漫反射后微弱的激光信号。针对雪崩二极管反向偏压电路中高纹波的问题,本文设计和分析了一种高效的低纹波偏压电路,实验结果表明,该方法有效抑制了纹波电压。针对雪崩二极管温度漂移的问题,本文设计和分析一种新型的温度补偿电路,使雪崩二极管达到了最佳雪崩增益。针对雪崩二极管噪声问题,分析了主要噪声源,设计了一个低噪声的前置放大电路,实验结果表明,该电路有效地提高了信噪比。综合实验结果表明,这些电路设计对于提高相位式激光测距仪的测量精度是有效的。