本文關(guān)鍵詞： 雪崩光電二極管 電場分布 暗電流 過剩噪聲因子　出處：《華中科技大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：雪崩光電二極管具有內(nèi)部增益、高靈敏度等特性,目前在量子保密通信、國防、天文探測和其他光通信領(lǐng)域得到了越來越廣泛的關(guān)注。雪崩光電二極管的應用發(fā)展受到噪聲的影響,其主要來源是散粒噪聲,散粒噪聲對APD信噪比有很大的影響,而信噪比的主要影響因素是暗電流和APD特有的過剩噪聲。本文分別對APD暗電流和過剩噪聲特性進行了模擬仿真和實驗測試研究,對高速低噪聲APD的研制具有指導意義。首先,我們研究了APD電場分布對暗電流的影響。針對目前應用比較廣泛的平面型InGaAs/InP APD存在的邊緣提前擊穿問題,我們通過COMSOL半導體模塊仿真對已存在的一種抑制邊緣提前擊穿的方法即添加深保護環(huán)法進行了更深入的研究,研究了深保護環(huán)的深度、位置對APD暗電流的影響,發(fā)現(xiàn)在低偏壓下深保護環(huán)的深度對APD的暗電流有一定的影響,但隨著偏壓增大差異逐漸減小,而改變深保護環(huán)與中央結(jié)的距離對APD的暗電流基本沒有影響,并利用深保護環(huán)的優(yōu)勢將其應用到垂直入射平面型Si/Ge APD里,從而降低Ge吸收層的隧穿電流。其次,為了研究APD的過剩噪聲特性,我們搭建了分別基于噪聲分析儀和鎖相放大器的兩種測試系統(tǒng),對同一APD進行噪聲測試。我們通過實驗數(shù)據(jù)對比分析了兩種測試的方案存在的問題,研究了激光器引入的相對強度噪聲對APD過剩噪聲測試產(chǎn)生的影響,并提出了相應的測試處理方案。最后在此基礎(chǔ)上我們提出了一種可以消除光源噪聲的基于平衡探測的新的測試方案,從理論上對其存在的問題以及可行的解決方案進行了分析研究。
[Abstract]:Avalanche photodiodes with internal gain, high sensitivity and other characteristics, currently in quantum secure communications, defense, The application of avalanche photodiodes is affected by noise, the main source of which is shot noise, which has a great influence on the signal-to-noise ratio (SNR) of APD. The main influencing factors of signal-to-noise ratio are dark current and excess noise characteristic of APD. In this paper, the characteristics of dark current and excess noise of APD are simulated and tested respectively, which is of guiding significance to the development of high-speed low-noise APD. We study the influence of APD electric field distribution on dark current. Aiming at the edge breakdown problem of plane InGaAs/InP APD, which is widely used at present, Through the simulation of COMSOL semiconductor module, we have done more in-depth research on the existing method of restraining edge early breakdown, that is, adding deep protection loop, and studied the influence of the depth and position of deep protection ring on the dark current of APD. It is found that the depth of the deep protection ring has a certain effect on the dark current of APD at low bias voltage, but the difference decreases gradually with the increase of bias voltage, but changing the distance between the deep protection ring and the central junction has little effect on the dark current of APD. In order to reduce the tunneling current of GE absorption layer, the deep protection loop is applied to the vertical incident planar Si/Ge APD. Secondly, in order to study the excess noise characteristics of APD, Two kinds of test systems based on noise analyzer and phase-locked amplifier are built to test the noise of the same APD, and the problems of the two testing schemes are analyzed by comparing the experimental data. The influence of the relative intensity noise introduced by the laser on the measurement of APD excess noise is studied. Finally, we propose a new test scheme based on balanced detection, which can eliminate the noise of light source. The existing problems and feasible solutions are analyzed and studied theoretically.
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN312.7

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