基于APD参数建模的单光子探测研究

作者:艾青;万钧力 刊名:量子电子学报 上传者:祝建华

【摘要】针对单光子雪崩光电二极管(SPADs)的单光子量子效率(SPQE),提出了一种严格的数学模型。模型适用于工作波长为1.3μm和1.5μm的In_(0.52)Al_(0.48)As、InP倍增层和In_(0.52)Al_(0.48)As-InP异质结倍增层的SPADs。模型作为器件结构、工作电压、倍增层材料的函数,可用来优化SPQE,进而评估和优化盖革模式下APDs的性能。

全文阅读

第 卷 第 期年 月 量 子 电 子 学 报 物 一 · 基于 参数建模的单光子探测研究艾 青 ,, 万钧力“ 湖北理工学院电气与电子信息工程学院, 三峡大学电气与新能源学院 , 湖北 湖北宜昌 黄石 、 摘 要 针对单光子雪崩光电二极管 的单光子量子效率 ,提出了一种严格的数学模型。模型适用于工作波长为 拜 和 户 的 、玩 倍增层和 一 异质结倍增层的 。模型作为器件结构、工作电压、倍增层材料的函数 , 可用来优化 ,进而评估和优化盖革模式下的性能。 关 键 词 光电子学 单光子量子效率 雪崩概率 暗计数 雪崩光电二极管 中 图 分 类 号 文 献 标 识 码 文章编号 一 一 一 一 ‘ , 下似 一 , , , , , , 一 一 , 。、 即 。滩 一 叮 户 拼 , , , , 一 引 言 单光子雪崩光电二极管 ,也称为盖革模式雪崩光电二极管 一 ‘,是一种在可见光和 近红外光等众多要求高单光子探测效率应用领域中的重要器件 冈 , 工作波长为通信波长时 , 盖革模式下与常规模式下 的性能存在着较大差异。出现这种情况很大程度上是因为缺乏对 盖革模式下相应性能参数和器件优化策略的认识 。本文提出一种数学处理的 基金项目 湖北省自然科学基金 、湖北理工学院科研项目基金 资助 作者简介 艾 青 一 ,湖北黄石人 , 硕士 , 讲师 , 从事通信系统仿真的研究和教学 一 卜收稿 期 一公 修改 期 一 不 量 子 电 子 学 报 卷 方法来评估和优化盖革模式下 的性能 , 使 在盖革模式的装置中也能够获得常规模式下所呈现的优 良性能 。 器件参数模拟及性能分析 评估盖革模式下 的雪崩特性应引入载流子的雪崩概率。通常 , 反向偏置电压超过某闭值 雪崩电压 诈 时 , 雪崩概率从 跳变至 。而雪崩概率从 。到 的跳变越陡峭 , 器件雪崩特性就越好 叫 。然而 , 雪崩特性的提升并不意味着主要由单光子量子效率 表征的盖革模式下 性能的提升 。 除了雪崩特性 , 还有一些其它的重要因素可以像倍增层厚度和结构的变化一样影响 ,例如倍增层与吸收层中电场的大小和暗载流子的产生 而暗计数率 凡 是包含在 中的一个关键因素 , 它由暗载流子触发 , 会导致错误计数 。至今 , 由于倍增层厚度和结构的变化而导致 与 凡 变化的这一领域并没有得到系统的研究。 我们提出一种理论模型用来评估 对 倍增层结构和厚度的依赖程度 , 为工作于纳秒门控模式 的单光子探测和计数 , 以及探索和优化新型 结构 , 提供一种有效分析方法 。假设带到带遂穿载流子是倍增层暗电流的主要来源 , 通过研究工作电压和结构 倍增层厚度 与 和 几 的关系来优化 。 雪崩概率和暗电流模型 研究载流子雪崩概率必须区分光子触发雪崩概率 与暗载流子雪崩概率 。。因为载流子所对应的 雪崩概率依赖于载流子在倍增层产生或注入倍增层的位置 。在分离 一吸收 一倍增 中 , 光生载流子是假定注入倍增层的 , 暗载流子可以在倍增层任意位置随机产生。而在吸收层产生的暗载流子应 理解为同对应的光生载流子具有相同的雪崩概率。 根据载流子触发雪崩的位置可定义两种不同类型的雪崩概率 注入式载流子雪崩概率 反映了注入倍增层载流子所致的雪崩概率。另一方面 , 分布式载流子雪崩概率 。表示倍增层中随机产生的暗载流子所致的雪崩概率 。假定暗载流子产生依据倍增层中某种特定的空间分布 , 又因为所有的载流子所致的雪崩概率都依赖于载流子的产生位置 , 则 。为倍增层中暗载流子随机产生位置的所有可能情况的平均雪崩概率。这种分布式情况曾在 等

参考文献

引证文献

问答

我要提问