雪崩光电二极管特性参数的简化蒙特卡洛计算

摘要

随着器件的尺寸的越来越小，一些传统的半导体器件的模拟方法都存在不可避免的局限性。在小尺寸领域，蒙特卡洛方法作为一种可靠的模拟方法在为微观方面得到了广泛的应用。随着互联网的高速发展，网络上需要承载的数据越来越多，这对光通信网络的带宽提出了更高的要求，而光电二极管作为光接收的核心部件，因此对它的性能要求也越来越高，传统的p-i-n光电二极管已经无法满足光通信系统对带宽的要求。雪崩光电二极管因为其高灵敏度和高操作速度越来越适用于光纤通信系统，而且能够提供更高的灵敏度和信噪比。鉴于这些好处，雪崩光电二极管也广泛的应用于其他领域，比如光子计数器、成像应用和激光测距等。越来越多的研究人员开始关注对雪崩光电二级管的特性的研究。
　　本文在对雪崩光电二极管的各种模型比较中，建立了一种简化的雪崩光电二极管蒙特卡洛计算模型，并且编写出算法程序，在软件lcc上运行算法程序，对InP APDs和InAlAs APDs的过剩噪声和雪崩增益进行了模拟计算，分析得出：对这两种材料来说，雪崩区域宽度的减小都会导致过剩噪声的降低，InP雪崩光电二极管可以选择空穴注入来产生倍增，InAlAs雪崩光电二极管可以选择电子注入来产生倍增，这样就可以得到较低的过剩噪声，同时分析指出在薄层器件中，死区效应是无法忽略的。最后运行算法程序，对四种增益材料的雪崩光电二极管的信噪比进行了计算，得出它们的最佳工作点，可以用来指导光接收机的设计。

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1 绪 论

1.1研究背景

1.2光纤通信的发展

1.3 光探测器

1.4 雪崩光电二极管的基本物理参数

1.5论文主要研究内容和文章结构

2雪崩光电二极管的简化蒙特卡洛的算法实现

2.1蒙特卡洛方法概述

2.2 雪崩光电二极管的各种模型比较

2.3蒙特卡洛算法的流程图

2.4简化蒙特卡洛模型

3雪崩增益和过剩噪声的模拟计算

3.1 雪崩增益和噪声系数的特点

3.2 InP的倍增因子和过剩噪声

3.3 InAlAs中的倍增系数和过剩噪声

4对于不同增益材料雪崩光电二级管的蒙特卡洛计算

4.1 雪崩光电二极管的增益材料

4.2 不同增益材料的雪崩光电二极管简化蒙特卡洛计算

4.3不同增益材料雪崩光电二极管最佳工作点的计算

5 总结与展望

5.1全文总结

5.2 待改进的地方

致谢

参考文献