本文選題：光電探測器　切入點：等效電路　出處：《重慶大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：光電探測器是光電子技術(shù)的核心部件,建立了光信息與電信號之間的聯(lián)系,在生活、科研、軍事等方面起著重要的作用。因此對光電探測器的研究引起越來越多的重視。常規(guī)的仿真軟件中沒有光電子器件的模型,不能對光電探測器進行定量分析;而TCAD等光電子器件仿真軟件的應(yīng)用涉及到大量的結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù),應(yīng)用并不廣泛,因此對光電探測器的理論研究還不夠充分,本文從PIN光電二極管出發(fā)進行研究,建立了光電探測器等效電路模型,并且從仿真分析和實驗論證兩個方面描述了模型的可行性和探測器的性能。本文首先分析了光電探測器的工作原理和結(jié)構(gòu)特點,基于PIN光電二極管內(nèi)部載流子的速率方程、雙極輸運方程和邊界條件,通過等效變換和全局參數(shù)的引入,將各個部分等效為電學(xué)元件,考慮到寄生參數(shù)和暗電流,建立了PIN光電二極管的等效電路。然后在PSpice軟件中建立電路仿真模型。在建立的PIN光電二極管仿真模型的基礎(chǔ)上通過電學(xué)仿真軟件對其性能進行了定量的分析。主要包括:PIN光電二極管的I-V特性仿真分析,對脈沖信號的響應(yīng)仿真分析,暗電流的仿真分析;另外從時域和頻域兩個方面,仿真了本征區(qū)寬度和復(fù)合速度等內(nèi)部關(guān)鍵參數(shù)及寄生電阻電容等寄生參數(shù)對輸出光電流和頻率帶寬的影響。結(jié)合理論分析驗證了模型的可行性。之后通過相同的方法分別建立了PN結(jié)光電二極管、雪崩光電二極管和光電導(dǎo)的等效電路。除此之外,對于PN結(jié)光電二極管,從光電流的產(chǎn)生機理出發(fā),直接求解各個區(qū)域產(chǎn)生的光電流成分并相加,介紹了另外一種建立等效電路模型的方法。對于實驗部分,首先設(shè)計出紅外脈沖激光二極管驅(qū)動電路,分析了外界參數(shù)對輸出激光脈寬和峰值的影響。以此脈沖激光作為光源,與專業(yè)光電探測器進行比較,分析了自制PIN光電二極管探測電路性能優(yōu)劣。而后研究了探測電路反偏電壓、光照強度、激光脈寬、飽和效應(yīng)等因素對探測電路輸出光電流的影響,分析了輸出光電流的特性。
[Abstract]:Photodetectors are the core components of optoelectronic technology. They have established the relationship between optical information and electrical signals in life and scientific research. Therefore, more and more attention has been paid to the research of photodetectors. There is no model of optoelectronic devices in the conventional simulation software, so the quantitative analysis of photodetectors cannot be carried out. However, the application of TCAD and other optoelectronic device simulation software involves a large number of structure and process parameters, and is not widely used, so the theoretical study of photodetectors is not enough. The equivalent circuit model of photodetector is established, and the feasibility of the model and the performance of the detector are described from the aspects of simulation analysis and experimental demonstration. Based on the rate equation of internal carrier, bipolar transport equation and boundary condition of PIN photodiode, by introducing equivalent transformation and global parameters, each part is equivalent to electrical element, taking into account parasitic parameters and dark current. The equivalent circuit of PIN photodiode is established, and then the circuit simulation model is established in PSpice software. Based on the PIN photodiode simulation model, the performance of PIN photodiode is quantitatively analyzed by electrical simulation software. Mainly including the I-V characteristic simulation analysis of the 1: PIN photodiode. The response simulation analysis of pulse signal, the simulation analysis of dark current, and the analysis of time domain and frequency domain, The effects of internal key parameters such as intrinsic zone width and compound velocity and parasitic parameters such as parasitic resistance and capacitance on output photocurrent and frequency bandwidth are simulated. The feasibility of the model is verified by theoretical analysis. Methods PN junction photodiodes were established, The equivalent circuit of avalanche photodiode and photoconductive. In addition, for PN junction photodiode, from the mechanism of photocurrent generation, the photocurrent components generated in each region are directly solved and added together. In this paper, another method of establishing equivalent circuit model is introduced. In the experimental part, the driving circuit of infrared pulse laser diode is designed, and the influence of external parameters on the pulse width and peak value of output laser is analyzed. The pulse laser is used as light source. Compared with the professional photodetector, the performance of the self-made PIN photodiode detection circuit is analyzed, and the reverse bias voltage, the illumination intensity, the laser pulse width of the detection circuit are studied. The effect of saturation effect on the output photocurrent of the detection circuit is analyzed, and the characteristics of the output photocurrent are analyzed.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN15

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本文編號：1665747