單光子雪崩二極管組成的單光子探測(cè)器能夠以亞納秒的時(shí)序分辨率捕獲單個(gè)光子的微弱光信號(hào)。單光子探測(cè)器包括單光子雪崩二極管及外圍電路,然而在設(shè)計(jì)外圍電路的過程中,需為單光雪崩二極管建立精確的EDA（Electronic Design Automation）模型。本文以單光子雪崩二極管及外圍電路為研究對(duì)象,分別進(jìn)行了單光子雪崩二極管EDA模型精確建模與高效率淬滅復(fù)位電路設(shè)計(jì)。首先,從單光子探測(cè)器成像原理出發(fā),在蓋革模式下,基于單光子雪崩二極管的工作原理,分析了單光子雪崩二極管中關(guān)鍵性能參數(shù)及外圍電路組成,為后續(xù)單光子雪崩二極管EDA模型及淬滅復(fù)位電路研究奠定了理論基礎(chǔ)。然后,針對(duì)單光子雪崩二極管的暗計(jì)數(shù)及后脈沖特性,設(shè)計(jì)了一種精確的單光子雪崩二級(jí)管EDA模型。暗計(jì)數(shù)建模中,基于現(xiàn)有模型對(duì)熱激發(fā)、缺陷輔助遂穿、帶-帶遂穿的研究基礎(chǔ)上,引入了中性區(qū)載流子擴(kuò)散對(duì)暗計(jì)數(shù)的影響;后脈沖考慮了二級(jí)陷阱因素,研究了其對(duì)載流子捕獲釋放的過程。為保證模型所用參數(shù)更貼合實(shí)際器件,分析了相同反偏電壓下,耗盡區(qū)內(nèi)不同深度所對(duì)應(yīng)參數(shù)取值不同的影響,運(yùn)用Silvaco TCAD對(duì)雪崩觸發(fā)幾率及電場(chǎng)強(qiáng)度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行提取。... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：74 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 研究現(xiàn)狀分析
    1.3 主要研究?jī)?nèi)容與貢獻(xiàn)
    1.4 論文章節(jié)安排
第2章 SPAD探測(cè)器工作原理及理論基礎(chǔ)
    2.1 SPAD探測(cè)器成像過程
    2.2 蓋革模式
    2.3 SPAD工作原理
    2.4 SPAD器件性能參數(shù)
        2.4.1 光子探測(cè)效率
        2.4.2 雪崩擊穿電壓
        2.4.3 時(shí)間抖動(dòng)
        2.4.4 暗計(jì)數(shù)率
        2.4.5 后脈沖
        2.4.6 死時(shí)間
        2.4.7 串?dāng)_率
        2.4.8 雪崩倍增因子
    2.5 淬滅恢復(fù)電路
        2.5.1 被動(dòng)式淬滅恢復(fù)電路
        2.5.2 主動(dòng)式淬滅恢復(fù)電路
        2.5.3 門控式淬滅恢復(fù)電路
    2.6 計(jì)數(shù)電路
    2.7 本章小結(jié)
第3章 SPAD EDA模型及仿真驗(yàn)證
    3.1 SPAD器件結(jié)構(gòu)
    3.2 SPAD器件理論模型
        3.2.1 SPAD電流-電壓特性理論模型
        3.2.2 SPAD暗計(jì)數(shù)理論模型
        3.2.3 SPAD后脈沖理論模型
    3.3 SPAD器件參數(shù)提取
    3.4 Verilog-A建模實(shí)現(xiàn)過程
    3.5 SPAD EDA模型仿真驗(yàn)證與分析
        3.5.1 暗計(jì)數(shù)模型仿真驗(yàn)證與分析
        3.5.2 后脈沖模型仿真驗(yàn)證與分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 SPAD高效率淬滅恢復(fù)電路的設(shè)計(jì)與仿真
    4.1 SPAD淬滅復(fù)位電路常用結(jié)構(gòu)
        4.1.1 電流鏡式淬滅復(fù)位電路
        4.1.2 負(fù)載可變淬滅復(fù)位電路
        4.1.3 電容式淬滅復(fù)位電路
    4.2 高效率淬滅恢復(fù)電路的設(shè)計(jì)和仿真
        4.2.1 高效率主動(dòng)式淬滅復(fù)位電路設(shè)計(jì)
        4.2.2 延時(shí)電路設(shè)計(jì)
        4.2.3 高效率淬滅復(fù)位電路整體設(shè)計(jì)與仿真
        4.2.4 高效率淬滅復(fù)位電路與SPAD EDA模型整體仿真驗(yàn)證
        4.2.5 版圖設(shè)計(jì)與后仿真驗(yàn)證
    4.3 本章小結(jié)
第5章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]SPAD單光子探測(cè)器的SPICE模型及其CQC淬火電路研究[J]. 于躍,劉雪蓮,單澤彪,王春陽(yáng),楊波.  紅外技術(shù). 2019(08)
[2]一個(gè)高速、低DCR SPAD設(shè)計(jì)與仿真[J]. 任科,田穎.  微型機(jī)與應(yīng)用. 2016(22)
[3]單光子雪崩二極管行為性仿真建模[J]. 徐躍,謝小朋,岳恒.  系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào). 2015(06)
[4]光子脈沖外差探測(cè)系統(tǒng)的測(cè)距精度[J]. 羅韓君,元秀華.  中國(guó)激光. 2013(12)
[5]單光子雪崩二極管的死時(shí)間效應(yīng)分析[J]. 司馬博羽,陳錢,何偉基.  光學(xué)技術(shù). 2012(05)
[6]光子計(jì)數(shù)模式下的目標(biāo)探測(cè)與成像[J]. 尹麗菊,陳錢,顧國(guó)華,周蓓蓓.  強(qiáng)激光與粒子束. 2011(03)
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博士論文
[1]高性能半導(dǎo)體單光子探測(cè)器研究[D]. 蔣文浩.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[2]基于InGaAs/InP單光子雪崩二極管的紅外單光子探測(cè)研究[D]. 周鵬.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010

碩士論文
[1]一種高密度單光子雪崩二極管探測(cè)器像素單元的研究與設(shè)計(jì)[D]. 李斌.南京郵電大學(xué) 2018
[2]基于雪崩光電二極管的低時(shí)間抖動(dòng)單光子探測(cè)器設(shè)計(jì)[D]. 姜倩文.華中師范大學(xué) 2018
[3]基于CMOS工藝的垂直雙結(jié)單光子成像單元設(shè)計(jì)[D]. 衛(wèi)振奇.杭州電子科技大學(xué) 2018
[4]高探測(cè)效率單光子雪崩二極管探測(cè)器的像素單元設(shè)計(jì)與暗計(jì)數(shù)機(jī)理研究[D]. 向平.南京郵電大學(xué) 2017
[5]基于CMOS工藝的單光子雪崩二極管研究[D]. 吳佳駿.天津大學(xué) 2017
[6]基于CMOS工藝的單光子傳感器像素單元設(shè)計(jì)[D]. 王偉.杭州電子科技大學(xué) 2017
[7]單光子雪崩二極管建模及基于熒光壽命成像的像素單元設(shè)計(jì)[D]. 謝小朋.南京郵電大學(xué) 2016
[8]基于InGaAs/InP APD單光子探測(cè)器的研究[D]. 解超.華中科技大學(xué) 2016
[9]基于CMOS工藝SPAD的單光子探測(cè)技術(shù)研究[D]. 閆旭亮.重慶大學(xué) 2015
[10]強(qiáng)激光場(chǎng)中原子電離過程光子動(dòng)量分配研究[D]. 陶建飛.中國(guó)工程物理研究院 2014



本文編號(hào)：3197298