ارائه ساختاری نوین از فوتودیود شکست بهمنی InGaAs / Si SACM photodiode avalanche جهت آشکار‌سازی در طول موج تابشی 1550 نانومتر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده برق، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علم وصنعت، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله یک آشکارساز مبتنی بر پدیده شکست بهمنی (­SACM APD­ InGaAs/Si­­) برای آشکار‌ساز نور در طول موج 1550 نانومتر ارائه گردیده است­. این آشکارساز با ساختا­ر­ی ساده­، از حیث لایه‌ها تعریف و کمیت‌های اصلی آشکار‌سازی آن همانند جریان تاریک­، جریان تابش­، بهره و پاسخ‌دهی، بهینه شده است. وجه برتری و تمایز این آشکار‌ساز این است که ولتاژ بایاس آن کمتر از مدل­های موجود در مراجع معرفی شده می‌باشد و کمیت‌های آشکار‌سازی آن نیز، قابل رقابت با آنها می‌باشد. این ولتاژ بایاس حداقل 41 % از دیگر مراجع تطبیقی در شرایط مشابه ­کمتر است. در شاخص(0.9Vbr) ‌­، جریان تابش­ Aμ 8.3 و جریان تاریک  4.9nA حاصل­ گشته است. در ولتاژ بایاس 25 ولت­ جریان تابش Aμ  51 و جریان تاریک  21­ نسبت به فوتودیود مشابه افزایش می­یابد. از این آشکار‌ساز برای کاربری‌های خاصی که نیاز به جریان تاریک بسیار پایین دارند نیز، می‌توان بهره برداری نمود.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

[1]     Sh .MohammadNejad and F. Aghaei, “Noise characteristics improvement of submicron InP/In GaAs avalanche photodiode for laser detection system,” 2020. (In Persian)
[2]     Y. Kang and ‌et‌al, ‌“Monolithic Ge/Si avalanche hotodiodes,” 2009.‏   
[3]     A. G.  Wright, “The photomultiplier handbook” Oxford University Press, 2017.‏
[4]     L.  Guipeng ‌ and  et‌al. “Modeling a novel InP/InGaAs avalanche photodiode structure: Reducing the excess noise factor,” pp. 374-377, 2019.
[5]     J. Chen and et‌al, “Optimization of InGaAs/InAlAs avalanche photodiodes,”   2017.
[6]     G.  Jianjun,   “Optoelectronic integrated circuit design and device modeling,”  John Wiley and  Sons, 2011.
[7]     A.  Shabbir,   “Study of Indium Tin Oxide (ITO) for Novel Optoelectronic Devices,”  Degree of  Doctor  of Philosophy, University of London Department‌of Electronic Engineering,  1998.
[8]     A. R. Hawkins, “Silicon-indium-gallium-arsenide avalanche photodetectors,”  2000. 
[9]     I.  Silvaco, “ATLAS user’s manual,”  Santa Clara, CA, 2011.‏
[10]  D. Neamen,   “Semiconductor physics and devices: basic principles,” New York, NY: McGraw-Hill,, 2012.
[11]  H. Nalwa, “Photodetectors and fiber optics. Elsevier,”  2012.
[12]  X. Jingjing, “‌Characterisation of low noise InGaAs/AlAsSb avalanche photodiodes,” Diss. University of Sheffield, 2013.
[13]  J.  Zhang‌ and et‌al,   “Advances in InGaAs/InP single‌photondetector systems for quantum communication   2015.
[14]  A. Bandyopadhyay,   M.  Deen,  and  H.  S. Nalwa. “Photodetectors and Fiber Optics,”  Ed. HS Nalwa, Academic Press, New York , 2001‌.
[15]  O. Kasap‌ ‌‌and Ravindra Kumar Sinha  Optoelectronics  and photonics: principles and ractices. vol. 340. 
[16]  X. Zhou, “An InGaAlAs-InGaAs two-colour detector, InAs photodiode and Si SPAD for radiation thermometry,”  Diss. University of Sheffield, 2014.
[17]  H. Meier “characterization and simulation of avalanche photodiodes,” Diss.  ETH Zurich, 2011.‏
[18]  M. Saleh and et‌al, “Impact-ionization and noise characteristics of thin  avalanche photodiodes,”  IEEE Transactions on Electron Devices vol.48, 2001.
[19]  H. Liu and et‌al, “Avalanche photodiode punch‌ ‌through gain determination through excess noise analysis,”  Journal of Applied Physics 106.6, 2009. 
[20]  M.  Majeed, Ch. Zikuan, and A. M. Karim, “An analytical approximation for the excess noise factor of avalanche photodiodes with dead space,” pp. 344-347
[21]  M. Hayat‌, E. A. Bahaa Saleh, and C. Malvin,  “Effect of dead space on gain and noise of double-carrier-multiplication avalanche photodiodes, pp. 546-552.‏19
[22]  W. Neudeck,‌ “ The PN junction diode‌ Addison Wesley  Publishing Company.
[23]  P. Kleinow and ‌et‌al, “Charge‌ layer design considerations in SAGCM InGaAs/InAlAs avalanche photodiodes,”  physica status solidi, pp. 925-929, 2016.
[24]  Li. Yuan and Z. Yanli, “Optimum design of the charge layer for avalanche photodiodes,” 2017.
[25]  W. Parks  and et‌al, “Theoretical study of device sensitivity and gain saturation of separate absorption, grading, charge, and multiplication InP/InGaAs avalanche photodiodes,” pp. 2113-2121, 1998.
[26]  Z. Yanli, “Impact ionization in absorption, grading, charge, and multiplication layers of InP/InGaAs SAGCM APDs with a thick charge layer,” pp. 3493-3499, 2013.
[27]  K. Taguchi  and etal, “Planarstructure InP/In GaAsP /InGaAs avalanche photodiodes with preferen tial‌lateral extended guard ring for 1.0-1.6 mu m wavelength optical communication use,” pp. 1643‌1655.
[28]  Y. Zhao and He. Suxiang. “Multiplication characteristics  of InP/ InGaAs avalanche photodiodes with a thicker charge layer,”  pp. 476-480, 2006.‏
[29]  K. A. McIntosh and ‌et‌al,  “Ultraviolet photon counting with GaN avalanche photodiodes,”  pp. 3938-3940, 2006.
[30]  C. Campbell  and  et‌al, “Recent advances in avalanche photodiodes,” pp. 777-787, 2000.
[31]  Sh. Zhang   and  Z. Yanli, “Study on impact ionization in charge layer of InP/InGaAs SAGCM avalanche photodiodes,”  pp. 2689-2696, 2006.
[32]  T. Junjie and et al, “The determination of unity gain for InGaAs/InP avalanche photodiodes with excess noise measurements,”  pp. 671-674, 2017.
دوره 10، شماره 1 - شماره پیاپی 24
شماره پیاپی 24، دوفصلنامه بهار و تابستان
فروردین 1401
صفحه 37-45
  • تاریخ دریافت: 25 بهمن 1399
  • تاریخ بازنگری: 19 مرداد 1400
  • تاریخ پذیرش: 13 شهریور 1400