雪崩光電二極管的特性-在線瀏覽
2024-09-15 17:39本頁面
【正文】 生的光生載流子，這時雪崩光電二極管的輸出電流迅速增加，其電流倍增系數(shù)定義為： 0/MI?式中 為倍增輸出電流， 為倍增前的輸出電流。實際上電子電離率 和空穴電離率n?是不完全一樣的，他們都與電場強(qiáng)度有密切關(guān)系。Abm 假定 ，可以推出np?? 01DXMdx???? 式中, 為耗盡層的寬度。因此稱上式為發(fā)生雪崩擊穿的條件。當(dāng)時， 結(jié)上所加的反向偏壓就是雪崩擊穿電壓 .PNBRU 實驗發(fā)現(xiàn)，在反向偏壓略低于擊穿電壓時，也會發(fā)生雪崩倍增現(xiàn)象，不過這時的值較小， 隨反向偏壓 的變化可用經(jīng)驗公式近似表示為U1()nBRM??式中，指數(shù) 與 結(jié)得結(jié)構(gòu)有關(guān)。對 結(jié)， 。BRU?M?PN 適當(dāng)調(diào)節(jié)雪崩光電二極管的工作偏壓，便可得到較大的倍增系數(shù)。雪崩光電二極管的倍增系數(shù)可達(dá)幾百倍，甚至數(shù)千倍。從圖中可看到，當(dāng)工作偏壓增加時，輸出亮電流（即光電流和暗電流之和）按指數(shù)顯示增加。所以，當(dāng)光脈沖信號入射后，產(chǎn)生的光電流脈沖信號很?。ㄈ?A 點波形） 。當(dāng)偏壓接近雪崩擊穿電壓時，雪崩電流維持自身流動，使暗電流迅速增加，光激發(fā)載流子的雪崩放大倍率卻減小。換句話說，當(dāng)反向偏壓超過 B 點后，由于暗電流增加的速度更快，使有用的光電流脈沖幅值減小。有時為了壓低暗電流，會把向左移動一些，雖然靈敏度有所降低，但是暗電流和噪聲特性有所改善。另外，在雪崩過程中 結(jié)上的反向偏PN壓容易產(chǎn)生波動，將影響增益的穩(wěn)定性。噪音由于雪崩光電二極管中載流子的碰撞電離是不規(guī)則的，碰撞后的運動方向變得更加隨機(jī)，所以它的噪聲比一般光電二極管要大些。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??計算。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。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. 隨著集成電路計算機(jī)輔助設(shè)計技術(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,并利用計算機(jī)對其特性進(jìn)行分析和研究成為 OEIC 設(shè)計中的重要組成部分. 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,同時建模過程中一些虛擬器件的存在和計算使模型特性出現(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)行了模擬計算. 模擬結(jié)果和實際測量結(jié)果吻合較好?，F(xiàn)作兩點假設(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。不過只要 i 區(qū)的雜質(zhì)濃度與其它兩區(qū)相比很小,這兩點假設(shè)是合理的。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)過剩空穴（電子）總數(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）漂移時間, 為入射光在)(ptn? )(GNPn（p）區(qū)的電子空穴對產(chǎn)生率（單位時間產(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,即一個電)(
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