مدلسازی مداری آشکارساز نوری بهمنی با نواحی جذب و تکثير مجزا
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوتر
محمد سروش
1
(دانشگاه تربیت مدرس)
کلید واژه: آشکارساز نوری بهمنیجذب فوتونشکست بهمنیمدار معادل,
چکیده مقاله :
مهمترين قسمت گيرنده نوری، بخش آشکارسازی اطلاعات است. بين انواع آشکارسازها، آشکارساز نوری بهمنی (APD) به دليل داشتن بهره جريان از اهميت ويژه‌ای برخوردار است. در ساختارهای SAM-APD، برای آشکارسازی طول موج‌های بلند و کاهش جريان تونلی و ولتاژ باياس، نواحی جذب فوتون وتکثير حامل از هم جدا می‌شوند. با توجه به ساز و کارهای پيچيده جذب فوتون و تکثير حامل بر اثر شکست بهمنی، تحليل و پيش‌بينی رفتار APD نسبتاً مشکل است. در اين مقاله با لحاظ کردن برخی فرضيات ساده‌کننده، بر اساس ساز و کارهای داخل افزاره معادلات آهنگ حامل در نواحی مختلف آشکارساز را تعيين می‌کنيم. با تبديل اين معادلات رياضی به روابط مداری متناظر آن، يک مدار معادل برای SAM-APD بدست می‌آوريم. با مدل ارايه شده، بهره، بازده کوانتومی و جريان تاريک افزاره را بررسی می‌کنيم. نتايج بدست آمده با داده‌های تجربی مقايسه مي‌شود. مطابقت خوب اين مدل با داده‌هاي تجربي نشان مي‌دهد كه اين مدل قادر است به ازای تغيير پارامترهايی مثل ولتاژ باياس، ابعاد نواحی و طول موج نور رفتار آشکارساز را با تقريب قابل قبولی پيش‌بينی کند.
Using some simplifying assumptions in a separate absorption and multiplication avalanche photodiode (SAM-APD), in this paper we develop a circuit model. Then, using this circuit model, we calculate the gain and the quantum efficiency of the device. To examine the accuracy of the device, we compare the results obtained from the model with the experimental results. A fairly good correspondence between the model an the experimental results, shows that this model is capable of predicting the device behavior, while varying different parameters such as applied bias, device size, and hence the light wavelength.
[1] E. Gramsch, R. E. Avila, and J. Ferrer, "Development of a novel planar-construction avalanche photodiode," IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. 48, no. 4, pp. 211-217, Aug. 2001.
[2] J. N. Haralson, and K. F. Brennan, "Novel edge suppression technique for planar avalanche photodiode," IEEE J. Quantum Electron, vol.35, no. 12, pp. 1863-1869, Dec. 1999.
[3] Kang, P. Mages, and A. R. Glawson, "Fused InGaAs-Si avalanche photodiodes with low-noise performances," IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 14, no. 11, pp. 1593-1595, Nov. 2002.
[4] H. Nie, K. A. Anselm, C. Lenox, and P. Yuan, "Resonant-cavity separate absorption, charge and multiplication avalanche photodiodes with high gain-bandwidth product," IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 10, no. 3, pp. 409-411, Mar. 1998.
[5] W. Chen, and Sh. Liu, "PIN avalanche photodiodes model for circuit simulation," IEEE J. Quantum Electron., vol. 32, no. 12, pp. 2105-2111, Dec. 1996.
[6] K. A. Anselm, H. Nie, C. Hu, and C. Lenox, "Performance of thin separate absorption, charge, and multiplication avalanche photodiodes," IEEE J. Quantum Electron., vol. 34, no. 3, pp. 482-490, Mar. 1998.
[7] P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Device, Prentice-Hall, 1997.
[8] H. Nie, C. Lenox, G. Kinsey, and A. L. Holmes, "Resonant cavity InGaAs/InAlAs separate absorption, charge and multiplication avalanche photodiode," in Proc. Conf. on Optoelectronic and Microelectronic Materials Devices, pp. 81-82, NJ, 1998.