外文翻譯---用于量子密鑰的單光子apd探測(cè)器設(shè)計(jì)-其他專(zhuān)業(yè)-資料下載頁(yè)
2025-01-19 09:40本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】pico-secondpulses.
【正文】 。因此，預(yù)計(jì)高安全性系統(tǒng)的將應(yīng)用在多種領(lǐng)域，如銀行業(yè)，軍事，醫(yī)療，電子商務(wù)，電子政務(wù)等。 2. 雪崩光電二極管 A. APD 的結(jié)構(gòu) APD 結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 APD 是一個(gè)帶有一個(gè)內(nèi)置的放大機(jī)制的光電二極管。在其上施加反向的電位差使光生載流子加速度，使其轉(zhuǎn)移的時(shí)與原子發(fā)生碰撞，從而解放 6 其他電子。新產(chǎn)生的電子再次加速，重復(fù)上述過(guò)程，導(dǎo)致發(fā)生雪崩。生成的光生載子轉(zhuǎn)移到高電場(chǎng)區(qū)域與價(jià) 帶中束縛中釋放出來(lái)的電子碰撞后，發(fā)生進(jìn)一步的電離。這個(gè)電子 空穴對(duì)的生成過(guò)程被稱為碰撞電離過(guò)程。當(dāng)載流子與原子發(fā)生碰撞時(shí)，他們就給原子一些能量。如果載流子的動(dòng)能大于帶隙，碰撞時(shí)就會(huì)釋放出一個(gè)束縛著的電子。獲得足夠的能量的電子 空穴對(duì)，還能引起進(jìn)一步的碰撞電離。其結(jié)果就是發(fā)生雪崩，自由載流子的數(shù)量呈指數(shù)增長(zhǎng)的進(jìn)程 繼續(xù)下去。 圖 1 APD結(jié)構(gòu)如圖 電離碰撞電離系數(shù) α n和 α P分別代表每單位長(zhǎng)度內(nèi)電離碰撞產(chǎn)生的電子和空穴的數(shù)目。材料及其能帶結(jié)構(gòu)影響 α n和 α P的參數(shù)變化。 依賴于外加電場(chǎng)的電離系數(shù)有以下關(guān)系式： , exp[ ]np ba E?? ?? (1) 其中 α n=α p=α ，而倍增因子 M有以下形式： 11 aWM ?? (2) W 是耗盡區(qū)的寬度?？梢杂^察到當(dāng) α W→ 1時(shí)，的 M趨于 無(wú)窮 ，這 是發(fā)生 擊穿的條件 。因此，當(dāng) APD偏置接近擊穿區(qū)條件時(shí)，就可以得到高的 M值。 M = 1000 的倍增區(qū)厚度的計(jì)算，并與其他已知的材料比較，結(jié)果 表 1 所示。 在厚度為 100μ m 的襯底中摻雜 InP 層的厚度為 10 微米。 7 表 1 APD的各層厚度和特性 物質(zhì)材料 厚度（ nm） 參雜物（ cm3） 功能作用 InP 10000 無(wú) 鋅元素?cái)U(kuò)散 /倍增 InP 300 N:6 1016 場(chǎng)效應(yīng)控制 InGaAsP 100 N:1 1015 由四元素 (或四基 )構(gòu)成 InGaAs 2500 N:1 1015 吸收 InP 500 N:1 1018 緩沖 InP 10000 N+ 基底 在一 個(gè) ，吸收層中光子產(chǎn)生的電子 空穴對(duì)被加速。加速過(guò)程中，它不斷地隨機(jī)與原子發(fā)生碰撞。 這兩個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的過(guò)程將不斷持續(xù)下去，直到最終平均飽和速度的達(dá)到。 隨著進(jìn)程的持續(xù)，當(dāng)他們獲得的能量大于電勢(shì)能， 二次電子 空穴對(duì)的 在任何時(shí)候都可 產(chǎn)生 。電子的加速可能導(dǎo)致進(jìn)一步的碰撞電離。 空穴與束縛電子的碰撞電離效率低于自由電子的碰撞電離。因此，最重要的是實(shí)現(xiàn)自由 電子電離。雪崩過(guò)程就是 碰撞電離過(guò)程 從設(shè)備的 P 區(qū)發(fā)生 到 N區(qū)的過(guò)程 。 它在電子到達(dá) N區(qū)耗盡層后的一定時(shí)間內(nèi)終止?？昭ㄒ苿?dòng)到左邊使電子移動(dòng)右邊，這反過(guò)來(lái)使空穴移到左邊，這一過(guò)程循環(huán)往復(fù)發(fā)生。這個(gè)反饋過(guò)程中，雖然增加了設(shè)備的增益，但它仍然是有以下幾個(gè)不良因素。首先，它費(fèi)時(shí)且降低了設(shè)備的帶寬。其次，它是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，并因此增加了設(shè)備的噪音。第三，它是不穩(wěn)定的，可能導(dǎo)致雪崩擊穿。 允許只有一個(gè)載流子（無(wú)論是電子或空穴）發(fā)生碰撞電離過(guò)程的材料，用來(lái)制作APD是可取的。對(duì)于電子和空穴，光電探測(cè)器材料普遍有不同的電離率果。兩個(gè) 電離率比例 K =β i/α i是一個(gè)光電二極管的性能的測(cè)量方法。 例如，如果電子具有較高的電離系數(shù)，最好的方法是通過(guò)在耗盡層 p型邊緣的注入攜帶光子對(duì)的電子，并使用 K值盡可能小的材料。如果是空穴注入，應(yīng)注入到耗盡層 n 型邊緣和并 k 值要應(yīng)該盡可能大。單載波倍增理想實(shí)現(xiàn)的條件是 k = 0（電子）或與 K =∞ （空穴）。 B. Geiger 模型 蓋格爾模式（ GM） 就是加在 二極管 的運(yùn)行電壓 略高于擊穿閾值電壓，可以 使 單一的電子 空穴對(duì)引發(fā)強(qiáng)烈雪崩 。 在 這種模式 下，電子減少二極管電壓 將 在很短的時(shí)間 快速減 到低于閾值 ，這 被稱為“死區(qū)時(shí)間 ”，在此期間探測(cè)器雪崩停止和 并 準(zhǔn)備檢測(cè)下一批光子。 當(dāng) 利用雪崩過(guò)程（ APD） 提高了探測(cè)器 的 效率 后， 蓋格爾模式 就成為 8 了 量子計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)之一。 這里 有蓋格爾模式相關(guān)的參數(shù)。但總的想法是暫時(shí)擾亂 APD的內(nèi)部平衡。 圖 2 蓋格爾操作模式圖 蓋格爾模式吧 APD放置在門(mén)控模式下工作，并使偏置 電源 能在很短的時(shí)間內(nèi) ， 提供高于擊穿電壓的 電壓 。圖 2 顯示 的 參數(shù)表征 了 蓋格爾操作 模式。 上升沿和下降沿時(shí)間可被忽視，因?yàn)樗鼈儼l(fā)生的很快。 作者： Khalid A. S. AlKhateeb, Nazmus Shaker Nafi, Khalid Hasan 國(guó)籍 ： 美國(guó) 出處 ： 計(jì)算機(jī)與通信工程（ ICCCE），國(guó)際會(huì)議 ,2021,5 ,1112 9
公司管理相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1