雪崩光電二極管的特性(編輯修改稿)
2024-09-01 17:39 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的情況下，其噪聲電流主要為散粒噪聲。當(dāng)雪崩倍增 M 倍后，雪崩光電二極管的噪聲電流的均方根值可以近似由公式：22Iqf??計(jì)算。其中 n 與雪崩光電二極管的材料有關(guān)。對于鍺管，n=3,對于硅管，n. 顯然，由于信號電流按 M 倍增大，而噪聲按 倍增大。因此，隨著 M 的增大，噪聲電流比信2n號電流增大得更快。光電探測器是光纖通信和光電探測系統(tǒng)中光信號轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件,是光電集成電路(OEIC) 接收機(jī)的重要組成部分. 隨著集成電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展 ,通過建立 PIN 雪崩光電二極管(APD) 的數(shù)學(xué)模型,并利用計(jì)算機(jī)對其特性進(jìn)行分析和研究成為 OEIC 設(shè)計(jì)中的重要組成部分. 目前 PIN APD 的等效電路模型 ,通常在 PSPICE 中模擬實(shí)現(xiàn)[1 ,2 ,427 ] . 這種方法能較好的進(jìn)行直流、交流、瞬態(tài)分析. 但無法跟蹤反映 PIN APD 工作過程中載流子和光子的變化,同時(shí)建模過程中一些虛擬器件的存在和計(jì)算使模型特性出現(xiàn)誤差. 本文通過求解反偏 PIN 結(jié)構(gòu)中各區(qū)過剩載流子速率方程 ,建立數(shù)學(xué)模型,并對模型參數(shù)和器件進(jìn)行了修正,在 Matlab 中進(jìn)行了模擬計(jì)算. 模擬結(jié)果和實(shí)際測量結(jié)果吻合較好。4. 等效電路模型 —APD 電路模型為分析方便,采用圖 1 所示 的一維結(jié)構(gòu),并假定光由 n 區(qū)入射,對于 p 區(qū)入射情況,只需對下面相應(yīng)的公式做少量修改?，F(xiàn)作兩點(diǎn)假設(shè)①區(qū)耗盡層擴(kuò)展相對于 i 區(qū)的寬度可忽略；②i 區(qū)電場均勻，n，p 區(qū)內(nèi)電場為零。對于實(shí)際的 PIN 器件 i 區(qū)大都不是本征的，因?yàn)榧词共还室鈸诫s,也含有一定雜質(zhì),這樣 i 區(qū)內(nèi)的電場就不均勻,因此,以上兩點(diǎn)假設(shè)對實(shí)際器件是否合理是值得斟酌的。不過只要 i 區(qū)的雜質(zhì)濃度與其它兩區(qū)相比很小,這兩點(diǎn)假設(shè)是合理的。以 ni 界面作為研究對象,流過該界面的電流包括兩部分,一部分為 n 區(qū)少子——空穴的擴(kuò)散電流，另一部分為 i 區(qū)電子的漂移電流（i 區(qū)中的電子來源包括： 光生電子,空穴碰撞電離產(chǎn)生的電子,電子碰撞電離產(chǎn)生的電子,p 區(qū)少子——電子擴(kuò)散進(jìn)入的電子） 。對于反偏 PIN 結(jié)構(gòu)，可采用如下載流子速率方程n 區(qū)： qIPdtpnGn???（1）P 區(qū)： qINdtnpGp???（2）i 區(qū)： qIPNdt ntinriipinGii ??????（3） qIPNPdt ptipriipinGii ???????（4）其中：為 （ ）為 n（p）區(qū)過?？昭ǎ娮樱┛倲?shù)， （ ）為 i 區(qū)過剩（電nNiNiP子）空穴總數(shù)，q 為電子電荷， 為 n（p）區(qū)空穴（電子）壽命， 為 i 區(qū)電)(? )(prn?子（空穴）復(fù)合壽命， 為 i 區(qū)電子（空穴）漂移時(shí)間, 為入射光在)(ptn? )(GNPn（p）區(qū)的電子空穴對產(chǎn)生率（單位時(shí)間產(chǎn)生的電子空穴對總數(shù)）, 為入射)ii?光在 i 區(qū)的電子空穴對產(chǎn)生率, 為 n（p）區(qū)少子空穴（電子）擴(kuò)散電流 ,)(pI為 i 區(qū)電子（空穴）漂移速度, 為 i 區(qū)電子（空穴）碰撞離化率,即一個(gè)電)(pn??子（空穴）在單位長度內(nèi)碰撞離化產(chǎn)生的電子空穴對數(shù) 。關(guān)于方程（3） ， （4）中的雪崩增益項(xiàng)，對于雪崩區(qū)電場不均勻的情況（ 與空間pn?,位置有關(guān)） ，不能寫成這樣簡單的形式。對 i 區(qū)采用電中性條件， ，方程（4）可省略，方程（3）可寫為iiNP? qINdt ntinriipnGii ???????)(（5）下面給出幾個(gè)重要關(guān)系式： (1)[exp()]inGnPRWh????? [1exp()]i i PNW???? [()()]innGi ii/,/ntinptipW????其中， 為入射光功率，R 為 n 區(qū)端面反射率， 為光子能量， 分別iP?hpi?、n為 n、i、p 區(qū)的光功率吸收系數(shù)， 分別為
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