【摘要】：隨著現(xiàn)代社會的信息化進(jìn)程不斷加速,網(wǎng)絡(luò)通信量呈“爆炸式”提高,人們對網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸容量的需求日益凸顯,高速光纖通信技術(shù)作為解決這些問題的主要方法得到了極大的關(guān)注。光探測器是高速光纖通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件,PIN光探測器因其工藝制備流程比較簡單,適合大規(guī)模生產(chǎn)與集成,在長波長光纖通信系統(tǒng)中具有廣泛應(yīng)用。研究中發(fā)現(xiàn),限制PIN光探測器高速性能的主要因素是載流子渡越時間、RC時間常數(shù)和異質(zhì)結(jié)的電荷俘獲效應(yīng),其中RC時間常數(shù)主要制約光探測器在高頻時的響應(yīng)速度,因此電容特性成為高速PIN光探測器設(shè)計的重要考慮因素之一。此外,在光電集成領(lǐng)域,電容參數(shù)對于建立可以分析信號噪聲特性的、統(tǒng)一的PIN光探測器等效電路模型至關(guān)重要。因此研究PIN光探測器的電容特性對于光探測器的設(shè)計和應(yīng)用具有重要的意義。本論文主要圍繞PIN光探測器的電容特性進(jìn)行了理論和實驗研究,論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新如下:1、建立了基于載流子分類的PIN光探測電容特性理論模型。從PN結(jié)的微分電容理論出發(fā),通過對PIN光探測器內(nèi)部的載流子運(yùn)動分析,特別是結(jié)合光生載流子的堆積模型,同時考慮了器件飽和性能與電容特性的聯(lián)系,建立了基于載流子分類的PIN光探測電容特性理論模型,該模型可以更好地反映載流子運(yùn)動對于電容特性的影響,更好地解釋電容特性在不同工作條件的變化趨勢。2、設(shè)計并搭建了基于交流偏壓分析和等效電路擬合的PIN光探測器電容特性測量系統(tǒng)。搭建了基于交流偏壓的PIN光探測器電容特性測量系統(tǒng),對不同條件下PIN光探測器電容特性的變化趨勢進(jìn)行測量,測量結(jié)果與ATLAS軟件仿真結(jié)果具有一致性。此外,搭建了基于等效電路擬合的測量系統(tǒng),基于器件S參數(shù)的測量,通過等效電路擬合的方法提取了PIN光探測器的電容特性。通過對比分析,兩種測量方法得到的測量結(jié)果在變化趨勢和數(shù)值上具有一致性,同時電容特性的變化趨勢與論文提出的理論模型的推導(dǎo)一致。3、研究了入射光功率、反向偏壓、吸收層厚度和面積與PIN光探測器電容特性的關(guān)系。基于測量和仿真數(shù)據(jù),用建立的理論模型解釋了入射光功率、反向偏壓、吸收層厚度和面積與PIN光探測器電容特性的關(guān)系,這些關(guān)系有利于高飽和高速PIN光探測器的設(shè)計和應(yīng)用。4、通過仿真和測量結(jié)果驗證了PIN光探測的電容特性隨入射光功率先增大后減小的趨勢。發(fā)現(xiàn)了PIN光探測器電容特性在輸入光功率較大時的下降趨勢,對于完善電容特性的理論模型具有重要意義。5、發(fā)現(xiàn)了PIN光探測器的電容在飽和點附近達(dá)到最大值和光探測器電容特性的隨入射光功率的變化與器件的飽和特性間的聯(lián)系。通過仿真和測量,結(jié)合理論分析論證了聯(lián)系的正確性,提出用電容特性隨入射光功率的變化來衡量器件飽和性能的一種方法。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN36;TN929.1
【圖文】：

信技術(shù)的發(fā)展離不開半導(dǎo)體器件的不斷創(chuàng)新，特別是半導(dǎo)導(dǎo)體光探測器是光纖通信系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成部分，ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ１５５０ｎｍ這兩個波長的光具有高電子遷移率，同時ＩｎＧａＡｓ數(shù)高，因此ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ光探測器在光纖通信系統(tǒng)中有廣為ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ光探測器的典型代表，因其結(jié)構(gòu)簡單，工模生產(chǎn)與集成中有較大優(yōu)勢，特別是垂直入射的ＰＩＮ光光面積，使得光纖傳輸?shù)墓庑盘柲芨玫伛詈线M(jìn)入光探信系統(tǒng)中具有廣泛應(yīng)用。逡逑探測器來源于基礎(chǔ)的ｐ－ｎ型光探測器，ｐ－ｎ型光探測器工個光子進(jìn)入到光探測器中，如果光子能量ｈｖ邋＞邋＆邋＝料的禁帶寬度，是其價帶能量，＆是其導(dǎo)帶能量，ｈ為普率．半導(dǎo)體材料吸收光子發(fā)生能級躍遷產(chǎn)生光生載流子，光的作用下，通過漂移和擴(kuò)散運(yùn)動到達(dá)兩側(cè)的電極，最終轉(zhuǎn)，此過程便將光信號或光能量轉(zhuǎn)化為電信號或電能量。逡逑

逡逑型材料和ｎ型材料，如圖２－２所示。當(dāng)１層全部耗盡時，外加的偏置電壓在ｉ逡逑層形成電場，光子進(jìn)入ｉ層后被完全吸收并產(chǎn)生光生載流子，載流子在電場的作逡逑用下通過漂移和擴(kuò)散運(yùn)動到達(dá)兩端的電極轉(zhuǎn)化為外電路的光電流，極大地提升了逡逑光探測器的響應(yīng)速度，形成了目前使用較為廣泛的ＰＩＮ光探測器。逡逑ｐ－ｃｏｎｔａｃｔ邋ｌａｙｅｒ逡逑ｒ邋＊邋－－＾ｅｔｅｃｆｒｏｎｓ邐．邋，邋＿ｃ逡逑？邐入［ｉｍ逡逑…X/—？邋一＾邋一－邋ｏｐｔｉｃｓ！逡逑？S�？春邋ｉｎ７w酰翦澹歟椋紓瑁翦義希校悖錚睿簦幔悖翦危皺危悖澹攏義希掊澹�。。／辶x希瑁錚歟澹

本文編號：2752822