雪崩光電二極管的特性.doc

雪崩光電二極管的介紹 及等效電路模擬 摘要 PN 結(jié)有單向?qū)щ娦?正向電阻小 反向電阻很大 當(dāng) 反向電壓增大到一定數(shù)值時(shí) 反向電流突然增加 就是 反向電擊穿 它分雪崩擊穿和齊納擊穿 隧道擊穿 雪 崩擊穿是 PN 結(jié)反向電壓增大到一數(shù)值時(shí) 載流子倍增 就像雪崩一樣 增加得多而快 利用這個(gè)特性制作的二 極管就是雪崩二極管 雪崩擊穿是在電場(chǎng)作用下 載流 子能量增大 不斷與晶體原子相碰 使共價(jià)鍵中的電子 激發(fā)形成自由電子 空穴對(duì) 新產(chǎn)生的載流子又通過碰 撞產(chǎn)生自由電子 空穴對(duì) 這就是倍增效應(yīng) 1 生 2 2 生 4 像雪崩一樣增加載流子 物理 12 張常龍 雪崩光電二極管的介紹及 等效電路模擬 文檔副標(biāo)題 二 一五年十月 遼寧科技大學(xué)理學(xué)院 遼寧省鞍山市千山中路 185 號(hào) 雪崩光電二極管的介紹及等效電路模擬雪崩光電二極管的介紹及等效電路模擬 摘 要 PN 結(jié)有單向?qū)щ娦?正向電阻小 反向電阻很大 當(dāng)反向電壓增大到一定數(shù)值 時(shí) 反向電流突然增加 就是反向電擊穿 它分雪崩擊穿和齊納擊穿 隧道擊穿 雪崩擊 穿是 PN 結(jié)反向電壓增大到一數(shù)值時(shí) 載流子倍增就像雪崩一樣 增加得多而快 利用這 個(gè)特性制作的二極管就是雪崩二極管 雪崩擊穿是在電場(chǎng)作用下 載流子能量增大 不斷 與晶體原子相碰 使共價(jià)鍵中的電子激發(fā)形成自由電子 空穴對(duì) 新產(chǎn)生的載流子又通過碰 撞產(chǎn)生自由電子 空穴對(duì) 這就是倍增效應(yīng) 1 生 2 2 生 4 像雪崩一樣增加載流子 關(guān)鍵詞 雪崩 二極管 等效電路 1 雪崩二極管的介紹雪崩二極管的介紹 雪崩光電二極管是一種 p n 結(jié)型的光檢測(cè)二極管 其中利用了載流子的雪崩倍增效應(yīng) 來放大光電信號(hào)以提高檢測(cè)的靈敏度 其基本結(jié)構(gòu)常常采用容易產(chǎn)生雪崩倍增效應(yīng)的 Read 二極管結(jié)構(gòu) 即 N PIP 型結(jié)構(gòu) P 一面接收光 工作時(shí)加較大的反向偏壓 使 得其達(dá)到雪崩倍增狀態(tài) 它的光吸收區(qū)與倍增區(qū)基本一致 是存在有高電場(chǎng)的 P 區(qū)和 I 區(qū) P N 結(jié)加合適的高反向偏壓 使耗盡層中光生載流子受到強(qiáng)電場(chǎng)的加速作用獲得足夠 高的動(dòng)能 它們與晶格碰撞電離產(chǎn)生新的電子一空穴對(duì) 這些載流子又不斷引起新的碰撞 電離 造成載流子的雪崩倍增 得到電流增益 在 0 6 0 9 m 波段 硅 APD 具有接近理 想的性能 InGaAs 銦鎵砷 InP 銦磷 APD 是長波長 1 3 n 1 55 m 波段光纖通 信比較理想的光檢測(cè)器 其優(yōu)化結(jié)構(gòu)如圖所示 光的吸收層用 InGaAs 材料 它對(duì) 1 3 m 和 1 55 n 的光具有高的吸收系數(shù) 為了避免 InGaAs 同質(zhì)結(jié)隧道擊穿先于雪崩擊穿 把雪 崩區(qū)與吸收區(qū)分開 即 P N 結(jié)做在 InP 窗口層內(nèi) 鑒于 InP 材料中空穴離化系數(shù)大于電子 離化系數(shù) 雪崩區(qū)選用 n 型 InP n InP 與 n InGaAs 異質(zhì)界面存在較大價(jià)帶勢(shì)壘 易造成 光生空穴的陷落 在其間夾入帶隙漸變的 InGaAsP 銦鎵砷磷 過渡區(qū) 形成 SAGM 分 別吸收 分級(jí)和倍增 結(jié)構(gòu) 在 APD 制造上 需要在器件表面加設(shè)保護(hù)環(huán) 以提高反向耐壓性能 半導(dǎo)體材料以 Si 為優(yōu) 廣泛用于檢測(cè) 0 9um 以下的光 但在檢測(cè) 1um 以上的長波長光時(shí)則常用 Ge 和 InGaAs 噪音和暗電流較大 這種 APD 的缺點(diǎn)就是存在有隧道電流倍增的過程 這 將產(chǎn)生較大的散粒噪音 降低 p 區(qū)摻雜 可減小隧道電流 但雪崩電壓將要提高 一種 改進(jìn)的結(jié)構(gòu)是所謂 SAM APD 倍增區(qū)用較寬禁帶寬度的材料 使得不吸收光 光吸收 區(qū)用較窄禁帶寬度的材料 這里由于采用了異質(zhì)結(jié) 即可在不影響光吸收區(qū)的情況下來降 低倍增區(qū)的摻雜濃度 使得其隧道電流得以減小 如果是突變異質(zhì)結(jié) 因?yàn)?Ev 的存在 將使光生空穴有所積累而影響到器件的響應(yīng)速度 這時(shí)可在突變異質(zhì)結(jié)的中間插入一層緩 變層來減小 Ev 的影響 2 主要特性 主要特性 主要特性 雪崩增益系數(shù) M 也叫倍增因子 對(duì)突變結(jié) 式中 V 為反向偏壓 VB 為體雪崩擊穿電壓 n 與材料 圖 1 結(jié)構(gòu)示意圖 器件結(jié)構(gòu)及入射波長等有關(guān) 為常數(shù) 其值為 1 3 增益帶寬積 增益較大且頻率很高時(shí) M 式中 為角頻率 N 為常數(shù) 它隨離化系數(shù)比 緩慢變化 W 為耗盡區(qū)厚度 Vs 為飽和速度 n 及 p 分別為電子及空穴的離化系數(shù) 增益帶寬積是個(gè)常數(shù) 要想得到高乘積 應(yīng)選擇大 Vs 小 W 及小 n p 即電子 空穴離化系數(shù)差別要大 并使具有較高離化系數(shù)的載流子 注入到雪崩區(qū) 過剩噪聲因子 F 在倍增過程中 噪聲電流比信號(hào)電流增長快 用 F 表示雪崩過程引起的噪聲附加 F Mx 式中 x 稱過剩噪聲指數(shù) 要選擇合適的 M 值 才能 獲得最佳信噪比 使系統(tǒng)達(dá)到最高靈敏度 溫度特性 載流子離化系數(shù)隨溫度升高而下 降 導(dǎo)致倍增因子減小 擊穿電壓升高 用擊穿電壓的溫度系數(shù)盧描述 APD 的溫度特性 式中 VB 及 VB0 分別是溫度為 T 及 T0 時(shí)的擊穿電壓 使用時(shí)要對(duì)工作點(diǎn)進(jìn)行溫控 要制造均勻的 P N 結(jié) 以防局部結(jié)面被擊穿 3 工作特性 工作特性 雪崩光電二極管為具有內(nèi)增益的一種光生伏特器件 它利用光生載流子在強(qiáng)電場(chǎng)內(nèi)的 定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生雪崩效應(yīng) 以獲得光電流的增益 在雪崩過程中 光生載流子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用 下進(jìn)行高速定向運(yùn)動(dòng) 具很高動(dòng)能的光生電子或空穴與晶格院子碰撞 使晶格原子電離產(chǎn)生 二次電子 空穴對(duì) 二次電子 空穴對(duì)在電場(chǎng)的作用下獲得足夠的動(dòng)能 又是晶格原子電離 產(chǎn)生新的電子 空穴對(duì) 此過程像 雪崩 似的繼續(xù)下去 電離產(chǎn)生的載流子數(shù)遠(yuǎn)大于光 激發(fā)產(chǎn)生的光生載流子 這時(shí)雪崩光電二極管的輸出電流迅速增加 其電流倍增系數(shù)定義為 0 MI I 式中為倍增輸出電流 為倍增前的輸出電流 I 0 I 雪崩倍增系數(shù)與碰撞電離率有密切關(guān)系 碰撞電離率表示一個(gè)載流子在電場(chǎng)作用M 下 漂移單位距離所產(chǎn)生的電子 空穴對(duì)數(shù)目 實(shí)際上電子電離率 和空穴電離率 n 是不完全一樣的 他們都與電場(chǎng)強(qiáng)度有密切關(guān)系 由實(shí)驗(yàn)確定 電離率與電場(chǎng)強(qiáng)度 p J 近似有以下關(guān)系 E m b E Ae 式中 都為與材料有關(guān)的系數(shù) Abm 假定 可以推出 np 0 1 1 D X M dx 式中 為耗盡層的寬度 上式表明 當(dāng) D X 0 1 D X dx 時(shí) 因此稱上式為發(fā)生雪崩擊穿的條件 其物理意義是 在電場(chǎng)作用下 M 當(dāng)通過耗盡區(qū)的每個(gè)載流子平均能產(chǎn)生一對(duì)電子 空穴對(duì) 就發(fā)生雪崩擊穿現(xiàn)象 當(dāng) 時(shí) 結(jié)上所加的反向偏壓就是雪崩擊穿電壓 M PN BR U 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 在反向偏壓略低于擊穿電壓時(shí) 也會(huì)發(fā)生雪崩倍增現(xiàn)象 不過這時(shí)的 值較小 隨反向偏壓的變化可用經(jīng)驗(yàn)公式近似表示為MMU 1 1 n BR M U U 式中 指數(shù)與結(jié)得結(jié)構(gòu)有關(guān) 對(duì)結(jié) 對(duì)結(jié) 由上式可見 nPNN P 2n P N 4n 當(dāng)時(shí) 結(jié)將發(fā)生擊穿 BR UU M PN 適當(dāng)調(diào)節(jié)雪崩光電二極管的工作偏壓 便可得到較大的倍增系數(shù) 目前 雪崩光電 二極管的偏壓分為低壓和高壓兩種 低壓在幾十伏左右 高壓達(dá)幾百伏 雪崩光電二極管 的倍增系數(shù)可達(dá)幾百倍 甚至數(shù)千倍 雪崩光電二極管暗電流和光電流與偏置電壓的關(guān)系曲 線如圖所示 從圖中可看到 當(dāng)工作偏壓增加時(shí) 輸出亮 電流 即光電流和暗電流之和 按指數(shù)顯示增加 當(dāng)在偏 壓較低時(shí) 不產(chǎn)生雪崩過程 即無光電流倍增 所以 當(dāng) 光脈沖信號(hào)入射后 產(chǎn)生的光電流脈沖信號(hào)很小 如 A 點(diǎn) 波形 當(dāng)反向偏壓升至 B 點(diǎn)時(shí) 光電流便產(chǎn)生雪崩倍增 效應(yīng) 這時(shí)光電流脈沖信號(hào)輸出增大到最大 如 B 點(diǎn)波形 當(dāng)偏壓接近雪崩擊穿電壓時(shí) 雪崩電流維持自身流動(dòng) 使暗電流迅速增加 光激發(fā)載流子的雪崩放大倍率卻減小 即光電流靈敏度隨反向偏壓增加而減小 如在 C 點(diǎn)處光電 流的脈沖信號(hào)減小 換句話說 當(dāng)反向偏壓超過 B 點(diǎn)后 由于暗電流增加的速度更快 使有用的光電流脈沖幅值減 小 所以最佳工作點(diǎn)在接近雪崩擊穿點(diǎn)附近 有時(shí)為了壓 低暗電流 會(huì)把向左移動(dòng)一些 雖然靈敏度有所降低 但是暗電流和噪聲特性有所改善 從圖中的伏安特性曲線可以看出 在雪崩擊穿點(diǎn)附近電流隨偏壓變化的曲線較陡 當(dāng) 反向偏壓有所較小變化時(shí) 光電流將有較大變化 另外 在雪崩過程中結(jié)上的反向偏PN 壓容易產(chǎn)生波動(dòng) 將影響增益的穩(wěn)定性 所以 在確定工作點(diǎn)后 對(duì)偏壓的穩(wěn)定性要求很 高 噪音 由于雪崩光電二極管中載流子的碰撞電離是不規(guī)則的 碰撞后的運(yùn)動(dòng)方向變得更加隨機(jī) 所以它的噪聲比一般光電二極管要大些 在無倍增的情況下 其噪聲電流主要為散粒噪聲 當(dāng)雪崩倍增 M 倍后 雪崩光電二極管的噪聲電流的均方根值可以近似由公式 22 2IqIMf 計(jì)算 其中 n 與雪崩光電二極管的材料有關(guān) 對(duì)于鍺管 n 3 對(duì)于硅管 2 3 n 2 5 顯然 由于信號(hào)電流按 M 倍增大 而噪聲按倍增大 因此 隨著 M 的增大 噪聲電流比信 2 n M 號(hào)電流增大得更快 光電探測(cè)器是光纖通信和光電探測(cè)系統(tǒng)中光信號(hào)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件 是光電集成電路 OEIC 接收機(jī)的重要組成部分 隨著集成電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展 通過建立 PIN 雪崩光電二極管 APD 的數(shù)學(xué)模型 并利用計(jì)算機(jī)對(duì)其特性進(jìn)行分析和研究成為 OEIC 設(shè) 計(jì)中的重要組成部分 目前 PIN APD 的等效電路模型 通常在 PSPICE 中模擬實(shí)現(xiàn) 1 2 427 這種方法能較好的進(jìn)行直流 交流 瞬態(tài)分析 但無法跟蹤反映 PIN APD 工作過 程中載流子和光子的變化 同時(shí)建模過程中一些虛擬器件的存在和計(jì)算使模型特性出現(xiàn)誤差 本文通過求解反偏 PIN 結(jié)構(gòu)中各區(qū)過剩載流子速率方程 建立數(shù)學(xué)模型 并對(duì)模型參數(shù)和器 件進(jìn)行了修正 在 Matlab 中進(jìn)行了模擬計(jì)算 模擬結(jié)果和實(shí)際測(cè)量結(jié)果吻合較好 4 等效電路模型等效電路模型 1 PIN APD 電路模型 為分析方便 采用圖 1 所示 的一維結(jié)構(gòu) 并假定光由 n 區(qū)入射 對(duì)于 p 區(qū)入射情況 只需 對(duì)下面相應(yīng)的公式做少量修改 現(xiàn)作兩點(diǎn)假設(shè) 區(qū)耗 盡層擴(kuò)展相對(duì)于 i 區(qū)的寬度可忽略 i 區(qū)電場(chǎng)均勻 n p 區(qū)內(nèi)電場(chǎng)為零 對(duì)于實(shí)際的 PIN 器件 i 區(qū)大都 不是本征的 因?yàn)榧词共还室鈸诫s 也含有一定雜質(zhì) 這樣 i 區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)就不均勻 因此 以上兩點(diǎn)假設(shè)對(duì)實(shí) 際器件是否合理是值得斟酌的 不過只要 i 區(qū)的雜質(zhì) 濃度與其它兩區(qū)相比很小 這兩點(diǎn)假設(shè)是合理的 以 n i 界面作為研究對(duì)象 流過該界面的電流包括兩部分 一部分為 n 區(qū)少子 空穴 的擴(kuò)散電流 另一部分為 i 區(qū)電子的漂移電流 i 區(qū)中的電子來源包括 光生電子 空穴 碰撞電離產(chǎn)生的電子 電子碰撞電離產(chǎn)生的電子 p 區(qū)少子 電子擴(kuò)散進(jìn)入的電子 對(duì)于反偏 PIN 結(jié)構(gòu) 可采用如下載流子速率方程 n 區(qū) q I P P dt dP p p n G n 1 P 區(qū) q I N N dt dN n n p G p 2 i 區(qū) q INN PNN dt dN n nt i nr i ippinnGi i 3 q I PP PNP dt dP p pt i pr i ippinnGi i 4 其中 為 為 n p 區(qū)過?？昭?電子 總數(shù) 為 i 區(qū)過剩 電 n P p N i N i P 子 空穴總數(shù) q 為電子電荷 為 n p 區(qū)空穴 電子 壽命 為 i 區(qū)電 np prnr 子 空穴 復(fù)合壽命 為 i 區(qū)電子 空穴 漂移時(shí)間 為入射光在 ptnt GG NP n p 區(qū)的電子 空穴對(duì)產(chǎn)生率 單位時(shí)間產(chǎn)生的電子 空穴對(duì)總數(shù) 為入射 GiGi PN 光在 i 區(qū)的電子 空穴對(duì)產(chǎn)生率 為 n p 區(qū)少子空穴 電子 擴(kuò)散電流 np II 為 i 區(qū)電子 空穴 漂移速度 為 i 區(qū)電子 空穴 碰撞離化率 即一個(gè)電 pn pn 子 空穴 在單位長度內(nèi)碰撞離化產(chǎn)生的電子 空穴對(duì)數(shù) 關(guān)于方程 3 4 中的雪崩增益項(xiàng) 對(duì)于雪崩區(qū)電場(chǎng)不均勻的情況 與空間 pn 位置有關(guān) 不能寫成這樣簡單的形式 對(duì) i 區(qū)采用電中性條件 方程 4 可省略 方程 3 可寫為 ii NP q INN NN dt dN n nt i nr i ippnnGi i 5 下面給出幾個(gè)重要關(guān)系式 1 1 exp in Gnn PR PW h 1 exp 1 exp innnii GpP PRWW NW h 1 exp 1 exp innn Giii PRW NW h ntinptip WW 其中 為入射光功率 R 為 n 區(qū)端面反射率 為光子能量 分別 in P h pi n 為 n i p 區(qū)的光功率吸收系數(shù) 分別為 n i p 區(qū)的寬度 pin WWW 對(duì)于不同材料 電子 空穴的漂移速度的場(chǎng)依賴關(guān)系不同 對(duì)于 GaAs InGaAs InP InGaAsP 等族材料 可采用以下的形式 spp p p th thsn F F F FF FFF F 1 1 4 4 n n 其中 F 為 i 區(qū)電場(chǎng) 為外加偏壓 為二極管內(nèi)建勢(shì) 為 JiBIJ VWVVF BI V th F 閾值電場(chǎng) 為 i 區(qū)電子 空穴 遷移率 為 i 區(qū)電子 空穴 飽和漂移 pn spsn 速度 電子 空穴離化率可采用如下經(jīng)驗(yàn)公式 exp exp p n c npp c nnn FbaFFbaF 其中 為經(jīng)驗(yàn)常數(shù) 可通過與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線擬合得到 這 pppnnn cbacba 里給出幾種材料的數(shù)據(jù) 見表 1 這些數(shù)據(jù)主要取自文獻(xiàn) 1 19 22 表中數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)溫度 300K 晶向 表中 InGaAs 為 InAlAs 為AsGaIn 53 0 47 0 InGaAsP 為 AsAlIn 52 0 48 0 26 0 74 0 11 0 89 0 PAsGaIn 為提高數(shù)據(jù)處理精度 引入歸一化常數(shù) 可看作是一個(gè)電容 并令 p ni pni nonono qN qPqN VVV CCC 1 4 式可化為 pp in nop opp dVV P CI RdtR 6 innn non onn PdVV CI RdtR 7 iniii noan oinint PdVVV CII RdtRR 8 其中 1 1 exp op nn h R qRW exp 1 1 exp nnii on pp hWW R qRW exp 1 1 exp nn oi ii hW R qRW ppno RC nnno RC ntntno RC nrnrno RC iint IV R anoinnpp IC V 由于 n p 兩區(qū)的少子分布與 及時(shí)間的依賴關(guān)系很復(fù)雜 這里假定其空間 in P n V p V 分布形式 函數(shù)形式 與時(shí)間無關(guān) 即穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)具有同一空間分布函數(shù)形式 對(duì)時(shí)間的 依賴由 來體現(xiàn) 這樣可由穩(wěn)態(tài)結(jié)果得到 與 的關(guān)系 in P n V p V n I p I in P n V n V nnndninno IVRPI pppdpinpo IVRPI 1 ndnpn RR ch WL 1 pdpnp RR ch WL 1 ponpn no pnpn qN L ch WL I Wsh WL 1 nopnp po npnp qP L ch WL I Wsh WL 2 222 1exp 1 1 exp 1 1 pnpnpp nnii np pnnnppnpn Lch WLW qRWW hLL sh WLL ch WL 2 222 1 exp exp 1 1 exp 1 1 pnnpnnpp pnnn pnpnpnpnp Lch WLWW qR W hLL sh WLL ch WL 其中 分別為 p 區(qū)電子 n 區(qū)空穴的擴(kuò)散長度 n L p L APD 的端電流為 J JPiTd dV IIICI dt 9 其中 為寄生電容 為真空介電常數(shù) 為材料 TsJ CCC s C 0Jsi CA W 0 s 相對(duì)介電常數(shù) A 為垂直電場(chǎng)方向器件的截面積 為結(jié)電壓 為隧穿電流與其他寄生 J V d I 漏電流之和 可寫為 12 exp JJBIiJ d IJBId AV VVWV I WVVR 3 1 22 2 4 cg mEq h 2 cg m E qh 上式第一項(xiàng)為隧穿電流 當(dāng)反偏壓較高時(shí)起主要作用 第二項(xiàng)為寄生漏電流 為電子的 c m 有效質(zhì)量 為一個(gè)于隧穿勢(shì)壘的形狀有關(guān)的參數(shù) 對(duì)于帶 帶隧穿過程 接近 1 為 h Planck 常數(shù)除以 為帶隙 為寄生漏電阻 2 g E d R 考慮 APD 的寄生串聯(lián)電阻 由 6 9 式可得如圖 2 所示的 APD 電路模型 這里應(yīng)說明的是 用此模型編寫直流模擬程序時(shí) 必須滿足條件 否則得到的解是沒有意義的 此外 這個(gè)條件可得到擊穿電壓 11 nnppnrnt 本模型對(duì)于 i 區(qū)為量子阱或超晶格結(jié)構(gòu)也適用 只是離化率和漂移速度要采用加權(quán)平 均的形式 WWbb Wb WW WW WbWb WbbW WW WW 其中 分別為阱和壘材料的離化率 載流子漂移速度及阱 W b W b W W b W 和壘區(qū)的寬度 對(duì)于周期結(jié)構(gòu) 為一個(gè)周期內(nèi)的寬度 對(duì)于非周期結(jié)構(gòu)為總寬度 離化率 主要以窄帶隙材料為主 2 模擬實(shí)例 為驗(yàn)證模型 這里對(duì)一種 PIN 0 450 55 InGaAs InP APD 的暗電流特性和脈沖響應(yīng)特性進(jìn)行了模擬 并與相 關(guān)文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較 所用的模型參數(shù)見下表 比較結(jié)果見圖 3 和圖 4 圖 3 給出暗電流特性 實(shí)線為模擬結(jié)果 為其 他文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖中可見二者符合較好 對(duì)于 小的偏壓 暗電流以擴(kuò)散電流和寄生漏電流為主 對(duì)大的偏壓 暗電流表現(xiàn)為隧穿電流 該器件的擊穿電壓 為 80 5 V 圖 4 給出脈沖響應(yīng)特性 輸入信號(hào)寬度為 10ps 峰值功率 1mW 的形脈沖 偏壓為 50V 取樣電阻Gauss 為 5 0 SZ 光由 P 區(qū)人射 由圖可見 模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較符合 這個(gè)器件本身的電容比較小 寄生 電容對(duì)波形的影響比較大 圖中給出和兩條模擬曲線 對(duì)應(yīng)的半峰全寬 FWHM 分別為1 s CpF 1 5pF 150 ps 和 175 ps 其他文獻(xiàn)給出的結(jié)果為 140ps 由以上比較結(jié)果可見 這里給出的 PIN APD 電路模型能比 較好的預(yù)測(cè)器件的性能 此外 這里還給出了對(duì)這個(gè)器件的其它模擬結(jié)果 見圖 5 7 圖 5 給出對(duì)應(yīng)不同光 功率的光電流曲線 在很大的偏壓范圍內(nèi) 曲線都比較平 坦 只有在接近擊穿電壓時(shí) 光電流才隨偏壓的提高而增 大 這主要是隧穿電流造成的 圖 6 給出 1輸入光功率情況下的量子效率隨偏壓的變化關(guān)系 這里量子W 效率定義為光生電子一空穴對(duì)數(shù)與人射光子數(shù)之比 當(dāng)偏壓小于 55 V 時(shí) 量子效率基本保持為 40 隨偏 壓升高 量子效率迅速增大 對(duì)應(yīng) 80 V 的量子效率為 圖 7 給出不同偏壓下的脈沖響應(yīng) 條件同9 457 圖 4 由圖可見 隨偏壓的增大 響應(yīng)幅度增大 增大 這是由于雪崩效應(yīng)造成的 當(dāng)偏壓接近擊FWHM 穿電壓時(shí) 該器件已不能響應(yīng)這樣短的脈沖 3 結(jié)論 針對(duì) PIN 結(jié)構(gòu)的特殊性 作了適當(dāng)?shù)募僭O(shè) 以載流子速率方程為基礎(chǔ) 把 PIN APD 用一 個(gè)完全由電子元件構(gòu)成的三端等效電路來等效 把 光學(xué)量用電學(xué)量來處理 從而可用現(xiàn)有的電 路模擬技術(shù)來模擬 PIN APD 本文給出的 PIN APD 電路棋型可用于直流 交流 瞬態(tài)分析 它可加人到現(xiàn)有電路摸擬軟件中 亦可在開發(fā) OEIC CAA 軟件中采用 TheThe equivalentequivalent circuitcircuit andand avalancheavalanche photodiodephotodiode si