一、两种InGaAs/InP PIN光探测器比较研究（论文文献综述）
肖朝政[1]（2021）在《光通信系统中高速UTC光探测器的优化研究》文中研究指明光探测器作为光通信系统中的关键器件,其高速性能的优化对整个光通信系统未来发展有着至关重要的作用。单行载流子光探测器（Uni-Traveling-Carrier Photodector,UTC-PD）中电子作为单行载流子进行输运,极大减少了载流子的渡越时间并有效抑制了空间电荷效应,是高速光电子器件领域的研究热点之一。本文从UTC光探测器的入射光束光场分布以及器件吸收层横向高斯掺杂入手,重点围绕光探测器的高速性能开展研究。主要研究内容与创新如下:1.研究了入射光束光场分布与UTC-PD高速性能的关系,研究中入光方式采取背入射,在偏压较低时,均匀光场入射光束下器件带宽较高,但随着偏压的增加,功率集中的准高斯入射光束使器件高速性能得到了明显提升。工作偏压为2V时,半径5μm的UTC-PD在准高斯入射光束下获得了 77.91GHz的3dB带宽,提升17.23%。2.光场分布对器件在背入光条件下高速性能的影响,主要分为两个方面:一是准高斯入射光束会造成吸收层载流子在径向方向的浓度存在差异,使吸收层中心区域的载流子存在向四周扩散运动的趋势,一定程度上减少了载流子的堆积;二是在准高斯入射光束下,电场值沿着径向逐渐增加,使吸收层中心区域载流子沿径向向四周做漂移运动;两种效果的叠加使吸收层中心区域的空间电荷效应得到缓解,提升了器件整体的高速性能。3.基于光场分布对UTC-PD高速性能的影响,提出一种新型UTC-PD结构,新结构的吸收层采用径向渐变高斯掺杂方案,可以调整吸收层的电场分布并缓解空间电荷效应,此外新型UTC-PD中异质界面电场分布有一定提升且器件整体电容明显下降。结合对新型UTC-PD崖层与收集层的优化,研究结果表明,在1V偏压下,半径5μm的新型UTC-PD结构在光强为4e5W/cm2时,获得了 88.84GHz的3dB带宽,而原UTC-PD结构带宽为62.81GHz,新结构3dB带宽提升了 41.44%。4.进行了背入光PIN光探测器工艺制备,并完成性能测试,对于直径50μm的PIN-PD,在3V偏压下和1550nm光入射波长下,3dB带宽为5.409GHz。
牛慧娟[2]（2021）在《基于光场调控和微结构的高性能光探测器的研究》文中提出互联网+、数据中心、人工智能、智慧城市等现代化高科技不断涌现,当代信息社会快进入5G时代,数据量持续攀升,预计未来全球网络流量将持续以45%左右的指数增长。然而由于存在数字集成电路的摩尔定律与高速模拟光电技术之间的固有尺度差异,接口速率和光纤容量仅以每年约20%的速度递增,致使网络带宽出现容量“恒不足”现象,提高系统速率是“恒不变”的研究方向。光探测器是光通信系统接收端的核心器件,其性能直接影响到整个系统的性能。在超高速、超长距离光纤通信系统、数据中心互传中,光探测器需要同时具有高速、高量子效率。本论文以提高光通信系统中光探测器的高速、高量子效率性能为目标,围绕基于光场调控和微结构的高性能光探测器开展了理论与实验研究。本论文的主要创新点和研究成果如下:1.通过理论分析发现,改变PIN-PD内部载流子的分布可以提高其响应速度。首先针对台面型环形P电极PIN光探测器,采用三种不同束腰大小的高斯分布光以及均匀分布光进行正面入射。在四种入射光场的光强峰值相同时,均匀光入射的PIN-PD获得了更高的频率响应,在-3V偏压下,吸收层厚度400nm,直径10μm的PIN-PD在均匀光入射时带宽达到62GHz,相较于束腰最小的高斯分布光入射时的38GHz高了约63.2%。相同峰值入射光产生的量子效率均为35%。2.研究发现,均匀光在吸收层产生的载流子在水平方向的分布较为均匀,电场分布也较为均匀;而高斯分布光使得载流子在靠近轴线处浓度较高,电场在器件轴线部分塌陷,且使电容增大。因此,均匀分布光比高斯分布光产生的3dB带宽更高。3.分析了三种不同束腰大小的高斯分布光以及均匀分布光以相同功率入射到光探测器时,均匀光入射的PIN-PD获得了更高的频率响应,在-3V偏压下,直径10μm的PIN-PD在光功率1.5mW的均匀光入射时带宽为56GHz,相较于最小束腰高斯分布光入射时带宽提高了 47.37%。同时,功率相同时均匀入射光的输出电流最大,响应度也是最高的。入射均匀光时器件的响应度为0.315A/W,相较于束腰最小的高斯分布光提升166.95%,说明由于高斯分布光在器件轴线处的光生载流子的堆积效应,使输出电流变小了。4.提出了光探测器的“水平优化”方法,通过调控入射光场在器件光敏面的分布提升器件性能。据此设计出环形分布的入射光场,当光环最窄的环形光入射到直径10μm的PIN-PD表面、其光强峰值位置与器件中心轴线的偏移量为4μm时获得最大带宽68.31GHz,比均匀光入射时的带宽提高了约20%。5.提出了采用光场调控元件实现光探测器的入射光场调控。采用光栅对入射的高斯分布光进行整形,分别得到均匀分布光和环形分布光,具体研究如下:基于大周期光栅设计了平顶分布光场,将入射的1550nm的高斯分布光整形为均匀分布光,在光栅周期、占空比为8.4μm、0.5时,出射光的光斑直径大小为5.1 μm,透射率约为86%;基于具有会聚功能的同心环高折射率差InP亚波长光栅设计出环形光场,波长1550nm的TM光或圆偏振光入射时的透射率和偏转角分别为 90.28%和 44.8°。6.提出、设计并制备了一种空气隙“中心孔+周围槽”型微结构PIN 光探测器（Hole-Groove Microstructure PIN Photodetector,HG-MPIN-PD）,利用倒锥孔及槽微结构令光路发生改变,增加光在在吸收层中传输的时间和光程,形成类“陷光”效应,在减小器件电容的同时保持甚至提高光的吸收,使光探测器的带宽和量子效率同时得到提高。直径为36μm、吸收层厚度1.3μm、孔深为1.9μm、中心孔和V-形槽直径为10μm以及孔-槽间距为5μm的HG-MPIN-PD在-5V偏压下达到带宽21.72GHz,量子效率61%,孔-槽间距为2μm时带宽-效率积达到13.14GHz,比同结构的平顶光探测器提高了84%;根据HG-MPIN-PD的结构,设计出“方向盘”型P电极,仿真了电极结构的S21参数,其带宽大于100GHz,完全满足所设计的HG-MPIN-PD光带宽的需求。7.提出了在HG-MPIN-PD的P掺杂层和N掺杂层内微结构周围制作一定径向长度的Al2O3限制层,连同中间的吸收层形成防泄漏波导结构;设计了微结构斜侧面处的SiO2增透膜,可以进一步增强光吸收。直径8 μm、吸收层厚度600 nm、加Al2O3限制层和增透膜的HG-MPIN-PD量子效率最高达42.9%,比普通平顶的PIN-PD的量子效率高 127.8%。8.以GaAs材料为衬底,制备了一种工作波长850 nm、直径44μm、中心孔直径为8μm的HG-MPIN-PD,当孔-槽间距由小到大变化时,测试得到暗电流约为0.02nA,其中孔-槽距为5μm时,带宽最大为14.34GHz;孔-槽距为7μm时,入射光功率为-0.12dBm时得到最高带宽-效率积为13.5GHz。制备了一种InGaAs材料、工作波长1550nm、直径44μm、中心孔直径8μm、孔-槽距5μm的HG-MPIN-PD,在-3V偏压下测得光电流为0.379mA、带宽约1GHz,测试结果与仿真优化的结果相比偏低,主要可能是器件衬底的绝缘隔离性不够好引起的。9.使用两种束腰大小不同的光入射到直径70 μm的GaAs PIN-PD,在入射功率相同时测试得到均匀程度大小不同两种情况下的带宽分别约为13GHz和11GHz,相差约2GHz,初步验证了均匀分布光带宽更高这一结论。10.研究了相干接收机平衡光探测器前端的光混频器,基于具有会聚功能的一维SOI亚波长光栅设计了用于实现光混频的相位延迟功率分束器,波长1550nm的TM偏振光以45度角入射到光栅时,透射光功率之比约为1:1,且具有π相位延迟,透射率约为97.44%。
孙世恒[3]（2020）在《光通信波段硅基纳米线阵列探测器的设计与优化》文中认为硅基光子学是当前半导体光电子学领域的研究热点。硅基近红外光探测器作为硅基光子学中光电转换的核心器件,在高速光通信系统和片上光互联中具有广阔应用前景。Ⅲ-Ⅴ族光探测器是发展最成熟、性能最好的近红外光探测器之一,但Ⅲ-Ⅴ族材料与硅之间存在的晶格失配和热失配等问题限制了硅基Ⅲ-Ⅴ族光探测器的发展。半导体纳米线具有极强的应力释放能力和优异的抗反射特性,在高性能硅基近红外光探测器中具有重要应用潜力。本文在深入研究纳米线光探测器工作机理的基础上,设计出响应波长在1.55μm波段的硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线阵列光探测器,并研究了其主要性能。主要成果如下:（1）设计出硅基InP/In0.53GaAs0.47/InP p-i-n结构薄膜光探测器,并仿真研究了其光电特性。研究表明:薄膜光探测器在1-1.8μm波长范围内均具有较高的光反射率,在厚度为800nm左右时,对入射光吸收率仅为23%,在偏压为-1V、入射光功率为2.5×10-9W下,光响应度为0.43A/W。（2）设计出硅基InP/In0.53GaAs0.47/InP纳米线径向p-i-n结阵列光探测器,并仿真研究了其光谱吸收和光电转换特性。研究结果表明:纳米线阵列的光吸收谱强烈依赖于其D/P 比与直径,通过调整D/P比与直径组合可将吸收峰固定于1.55μm处。在直径为360nm、D/P比为0.5时器件对1.55μm入射光吸收率接近90%,-IV偏压下,响应度为0.9A/W,是相同等效厚度薄膜光探测器的5倍,主要归因于纳米线阵列优异的抗反射特性和陷光效应。（3）设计出硅基InP/In0.53GaAs0.47/InP纳米线轴向p-i-n结阵列光探测器,并仿真研究了其光谱吸收和光电转换特性。与径向p-i-n结构类似,通过调整D/P 比与直径组合可将吸收峰值固定于1.55μm处。-1V偏压下,器件在直径为340nm、D/P 比为0.4时在1.55μm处具有最高响应度为0.92A/W,比相同D/P 比的径向p-i-n结构略高,是相同等效厚度薄膜光探测器的7.7倍。
焦泓玮[4]（2020）在《光通信中高速光探测器的电极传输线设计及其性能的研究》文中提出光探测器作为光接收机中的核心器件,承担着光—电转换的重要任务。随着近年来信息化的不断普及,光纤通信系统也朝着高速、超高速的方向迈进,其接收端迫切需要同时具备高速响应、高功率光—电转换能力的光探测器加以支撑。单个光探测器对高功率光信号接收时存在诸多限制,一个更有效的解决方案是使用多个分立的光探测器组成阵列结构,共同接收光信号。其优势在于一定程度上降低了对单个器件的性能要求,而又能同时保证整体结构兼具高速以及高功率的性能。另外,分摊处理入射光信号也能缓解热效应,在降低器件复杂度的同时又提高了工作寿命。光探测器的电极传输线负责将电信号传输至信号输出端,若电极传输线设计的不理想,其引入的寄生参数以及阻抗突变将极大地影响器件整体的性能。而对于阵列结构而言,电极传输线的布置方式决定了各个器件的排布方式以及后期集成方式。本文将围绕高速光探测器及其阵列的电极传输线的设计与性能测量展开研究,主要的研究工作与创新内容如下:1、对光探测器及其阵列,以及电极传输线的相关理论进行研究。比对了国内外对于光探测器阵列的设计方案,分析了传统行波光探测器阵列结构的缺陷。2、对单个光探测器的电极传输线进行设计,并利用计算机软件对其建模仿真,优化了传输线的结构参数。最终设计的模型能够在1GHz～100GHz内保持50Ω的特征阻抗,而正向传输系数在100GHz大约为-1.3dB。3、提出了一种镜像连接的叉状光探测器阵列结构,其克服了传统行波光探测器阵列由于传输时延导致各单元的电信号在输出端产生相位失配,影响整体频率响应的问题。仿真优化后的结果表明,二元、三元结构在100GHz的正向传输系数分别约为-1.37dB以及-1.76dB。4、对设计并仿真优化后的系列光探测器电极传输线进行工艺制备,并完成了实验测量系统的搭建。实验测量结果表明,在40GHz频点下,单个光探测器传输线的正向传输系数为-1.34dB,而新提出的叉状结构电极传输线在传输性能方面相对于传统结构有显着的性能提升:二元结构提升了约0.95dB,三元结构提升了约0.84dB。而纵向对比结果显示,增加叉状结构中的分枝个数会略微降低传输性能。
陶晋明[5]（2020）在《面向数据中心的高速光电探测器研究》文中进行了进一步梳理在目前大数据、云计算、5G通信网络等高速通信应用服务的驱动下,数据网中的信息承载量以及传输速率不断向高速率和超大容量攀升。数据中心作为互联网应用处理和计算中的重要载体,其数据传输正在面临着向更大带宽和更快速率升级,但传统的电互连因其自身缺点的限制,很难满足当今数据中心的高速数据传输需求,因而为光互连带来了巨大的机遇。光纤通信技术由于其长距离、大承载容量和高速率等优势,成为了数据中心互连方案中的重要发展方向。随着近年来数据中心的大规模部署,其内部的光互连架构正相继从25Gbps/40Gbps向100Gbps/400Gbps等更高速率架构发展,这推动了数据中心光模块向高速率迭代。而作为光模块中的核心器件,光电探测器承担着将传输而来的光信号转换为电信号的关键作用,因此研究具有高响应速度和高量子效率的光电探测器,对光模块的高速数据传输和数据中心建设具有重要价值。PIN光探测器具有结构简单、适合大规模生产和集成等特点,被广泛应用于目前的光纤通信系统中,但是其结构中存在带宽和量子效率之间固有的矛盾,使得PIN光探测器很难兼顾高响应速度和高量子效率。因此为了解决这些问题,本文对PIN光探测器结构进行优化设计和理论分析,使其能够有效满足数据中心高速数据传输要求,同时又可以兼具高响应度的特性。本论文主要研究成果和创新如下:1.基于掺杂优化设计了一种部分耗尽吸收结构的高速、高响应度光探测器。针对传统光探测器的矛盾,在部分耗尽吸收光探测（PDA）的非耗尽吸收区内,采用高斯掺杂形成掺杂浓度梯度以引入电场,使光生电子在电场作用下可较快速地漂移入耗尽区。并且增加了漂移增强层,可以平衡器件中的电子和空穴漂移时间,同时亦可相应减小器件的结电容,以获得较高的响应速度。另外为了减小RC时间效应,仿真优化器件的各外延层结构和台面尺寸,以减小结电容。最后经过优化所获得的器件,台面直径为2μm时,其带宽在-3V偏压下可达34.5GHz,量子效率在1310nm处可达67%。2.提出了一种集成微透镜的双耗尽层（DDR）光探测器,该光探测器通过在InP衬底上集成透镜来提升器件与单模光纤的耦合效率。透镜的会聚作用又有利于缩小器件的台面尺寸,以减小光探测器的结电容,从而可以缓解RC时间常数对带宽的影响。通过对透镜的设计和仿真,研究分析了微透镜的在不同入射光下的会聚能力以及会聚时的光场分布情况。透镜尺寸选择为直径120μm,拱高12μm,集成该微透镜的光探测器,在器件台面尺寸为15μm时,带宽可达40.25GHz。3.提出了集成透镜的反射增强型蘑菇结构光探测器。理论分析了透镜的反射会聚能力,确定了该反射镜的尺寸参数和焦距,以及相应的衬底厚度。推导出了该透镜的量子效率公式,研究表明微透镜的引入可明显提高器件的量子效率。台面直径为30μm,中间吸收层直径为16μm的蘑菇型光探测器,-3V偏压下的3dB带宽为40.9GHz,1310nm波长下的量子效率为59.8%,相同条件下,无反射镜光探测器的量子效率不足20%。4.探索了制备集成微透镜的关键工艺方法,利用光刻热熔法在基片上形成透镜形的光刻胶胶型,得到了实现透镜图案的关键工艺参数。在实验过程中考虑到曝光量和显影时间对光刻出的透镜图案形貌的影响,通过进行对比实验,控制相关变量,并对实验结果进行分析,摸索出了制备微透镜的工艺流程和相关参数。
马晓凯[6]（2019）在《光通信波段光探测器的暗电流抑制与宽谱高速及大功率响应特性的研究》文中认为随着信息化的不断发展,人们对网络通信量的要求不断提高,基于光通信技术的海量数据的长距离快速传输成为信息领域中一个久盛不衰的重要研究方向。在光通信系统中,光探测器作为将光信号转化为电信号的接收终端,在信息传输方面起着至关重要的作用。高速大容量光通信系统的不断发展,要求光探测器同时具备低暗电流、高速响应、大功率输出、宽光谱探测等优良特性。本论文以抑制光探测器暗电流、实现光通信波段的宽谱探测、提高光探测器高速及大功率响应特性为目标,从光探测器的暗电流机制和电容等基本特性出发,围绕光探测器的宽光谱和阵列化探测技术以及器件混合集成技术开展研究。本论文的主要创新点以及研究成果如下:1.为了抑制PIN光探测器的暗电流,提出一个完整的计算暗电流的模型和抑制暗电流的方案。该模型考虑了光探测器中的缺陷能级引起的缺陷辅助隧穿电流,并且指出在低偏下Shockley-Read-Hall（SRH）产生-复合和缺陷辅助隧穿是产生暗电流的两个主要机制。在5V偏压下,当吸收层掺杂浓度为1×1015cm-3、厚度低于lμm时,以及当吸收层厚度为2μm、掺杂浓度大于7×1015cmm-3时,缺陷辅助隧穿是暗电流的主要机制。用该模型仿真计算得到的总暗电流与测试得到的暗电流吻合较好。基于该模型得到的暗电流抑制方案如下:（1）减小吸收区厚度可以抑制暗电流。当吸收层掺杂浓度为1×1015cm-3,吸收区厚度小于1.2μm时,暗电流小于2nA。但是减小吸收区厚度会影响光探测器的响应度,因此应该在满足响应度的要求下尽量减小吸收区的厚度去抑制PIN光探测器的暗电流。（2）增加吸收区掺杂浓度,可以抑制暗电流。当吸收层厚度为2μm,掺杂浓度超过1×1016cm-3时,增加掺杂浓度对暗电流的抑制作用减弱,并且会影响PIN光探测器的其他性能。因此为了最有效地抑制暗电流,吸收区掺杂浓度应该在1×1016cm-3左右。（3）降低温度可以抑制暗电流。因为降温可以显着减小SRH产生-复合电流。2.提出一个完整的单行载流子光探测器的暗电流模型和一个抑制暗电流的方案。重点考虑了缺陷对暗电流的影响,发现器件中的暗电流主要在靠近收集区处的InGaAs层产生。利用该模型计算得到的总暗电流与实验测得的暗电流大小较为吻合。基于该模型得到的暗电流抑制方案如下:（1）降低收集区的掺杂浓度可以抑制暗电流。但是掺杂浓度降到1×1015cm-3以下时,暗电流抑制效果不再明显,同时,如果继续降低掺杂浓度对材料生长是一个挑战。因此,为了得到较小的暗电流,最佳收集区掺杂浓度为1×1015cm-3。（2）增加收集区的厚度有利于减小暗电流,但是在低压下抑制效果不明显。当反向偏压超过1.5V时,增加收集区的厚度可明显抑制暗电流。3.提出并制备了一种低暗电流、高响应度的InP基宽光谱光探测器。通过在顶部引入P+型InAlAs层,减少了器件在850nm波长下的吸收损耗。通过引入InGaAsP本征层,增加了器件在850nm波长下的吸收,平滑了能带结构,减小了器件的电容。响应度在850nm、1310nm和 1550nm波长下分别达到0.43A/W、0.47 A/W和0.4 A/W。当反向偏压在0～1V时,器件的暗电流低于1nA。1550nm波长下的3-dB带宽达到17.2GHz。4.研究了上述InP基宽谱光探测器的电容-电压曲线的频率依赖特性。当交流信号测试频率为50kHz和100kHz时,观察到负微分电容效应,该效应在频率超过200kHz时消失。根据前人有关负微分电容成因的分析结论,推断出器件中来自深能级中心的热离子发射率小于200kHz。5.提出一个微分电容模型,利用该模型分析了电容对光功率的依赖特性:在0～130mW的光功率范围内缓慢增加;在130～140mw的光功率范围内快速增加;在140mw以上的光功率范围内快速下降。为了实现较好的高速响应特性,给出了光探测器工作的光功率上限:即130mW。电容最大值处的光功率和直流饱和点处的光功率接近,直流饱和之后,电容急剧减小。随着收集层厚度的增加,电容最大值减小,同时,电容最大值处的光功率也变小。6.提出并制备了一种与亚波长光栅功分器混合集成的三管芯、四管芯对称连接的单行载流子光探测器阵列。设计并制备了用于该阵列的功分器。实验完成了上述两者的混合集成。三管芯混合集成阵列在15GHz处的最大射频输出功率为11.5dBm,相应的光电流为70mA;四管芯混合集成阵列在15GHz处的最大射频输出功率为13.1dBm,相应的光电流为91mA。该混合集成结构实现了大功率信号光在多个光探测器管芯中的分别接收,提高了器件的大功率性能,解决了光信号相位失配问题,降低了器件的复杂度。
刘涛[7]（2019）在《光通信系统中宽带高功率单行载流子光探测器的研究》文中研究说明无线通信业务量的急剧增长,迫切需要提高传输速率和容量,光载无线通信系统应运而生。提高此系统的数据传输容量,要求光接收机中的光探测器具有宽带高功率输出等特性。光通信系统中的光探测器的研究现状表明单行载流子光探测器（Uni-Traveling-Carrier Photodetectors,UTC-PDs）是一种能实现宽带高功率输出性能的独特结构,有望应用于光载无线、雷达和卫星等通信系统、高速测量系统、超高速光开关,成为当今高速光电子器件领域的研究热点。本论文围绕设计、优化和制备宽带、高功率、低功耗的UTC-PDs等方面展开研究。完成的主要研究内容及创新点如下:1.设计了改进型的零偏压宽带UTC-PD。在传统结构的基础上,通过在吸收层中同时引入梯度掺杂分布和渐变带隙材料,在吸收层和收集层之间采用偶极掺杂且插入组分渐变的间隔层,优化了吸收层和间隔层的掺杂浓度及收集层和间隔层的厚度,提高了零偏压UTC-PD的带宽和输出功率。2.由于限制传统背靠背光探测器性能的主要因素是器件的总电容,且其底部PN结的电容几乎是顶部PN结的两倍。所以,提出了底部PN结与顶部PN结的结面积相等的对称型背靠背光探测器结构。与传统结构相比,所提出结构的带宽和输出功率性能都有所改善。3.提出了一种在收集层中采用线性梯度掺杂的电荷补偿型UTC-PD,用于在零偏压和低偏压下产生高功率的毫米波/亚太赫兹波。与其它结构或实验结果相比,电荷补偿型UTC-PD的带宽随输入光功率增加而衰减的趋势会得到抑制,且其在高功率输入下的带宽得到改善。此外,相同条件下,与收集层中均匀掺杂浓度为1014 cm-3量级的器件相比,即使在170 GHz和零偏压或低偏压下运行,电荷补偿型UTC-PD的峰值输出功率至少提高了7 dB。4.提出了一种蘑菇型台面UTC-PD,该结构中的吸收层直径大于收集层直径,且通过仿真和理论计算得出收集层直径与吸收层直径之比为0.9时性能最佳。当吸收层直径为5 μm时,与传统结构相比,蘑菇型台面UTC-PD的带宽提高了4.3%,在线性区的射频输出功率提高了0.6 dB。所提出结构可以在需要微型化结尺寸时在一定程度上缓解外部量子效率和带宽之间的矛盾。5.设计了可探测光脉冲重复频率覆盖微波至太赫兹波,且能将强光脉冲转化为强电脉冲的UTC-PD。在重复频率为100 GHz、200 GHz和312.5 GHz的光脉冲串激励下,改进的零偏置UTC-PD的峰值输出功率分别可达4.685 dBm、1.128 dBm和-4.653 dBm,与实验报道结构相比分别提高了2.05 dB、5.15 dB和9.36 dB。6.为减小串联电阻,从而减小光探测器的热效应并提高RC限制的带宽,给出了制备具有低欧姆接触电阻的工艺。通过实验和理论分析发现P型接触层的侧向电阻远大于N型接触层的侧向电阻,所以光探测器台面顶部的接触层导电类型为P型,且选择金属电极全覆盖此接触层将有利于制备高性能的光探测器。制备了P型接触电极环覆盖台面顶部的PIN或UTC光探测器和P型接触电极全覆盖台面顶部的PIN或UTC光探测器,通过实验证明了上述推论。7.制备了具有传统及改进型外延层结构的两类UTC-PD。测试结果表明,在相同条件下,与传统UTC-PD相比,改进型UTC-PD的直流饱和及暗电流性能均有所改善,且当光电流小于2 mA时,其带宽得到提高。在零偏置下,具有20 μm和14 μm台面直径的改进型UTC-PD的3dB带宽分别可以达到20.8 GHz和40 GHz。当反向偏压为1 V时,台面直径分别为20 μm、14 μ和10 μm的改进型UTC-PD的3dB带宽分别可达36.6 GHz、52.2 GHz和75 GHz。台面直径为14 μm的改进型UTC-PD在零偏压下的最大射频输出功率分别为-20.2 dBm@20 GHz、-22.8 dBm@30 GHz和-24.4 dBm@40 GHz。上述研究结果达到了国内外现有的研究水平。
陈静[8]（2019）在《光通信中高性能光探测器的结构优化及特性研究》文中研究表明随着信息化时代的到来,人们对大容量、长距离传输的要求越来越迫切,光纤通信以其传输损耗小、带宽大、抗电磁干扰性能好等优点得到了迅速的发展。而光探测器作为光纤通信系统的核心器件之一,人们也对其提出了更高的要求:更高的量子效率、更快的响应速度、更好的线性性能等。部分耗尽吸收光探测器（PDA-PD）具有较好的线性性能,而漂移增强型光探测器（DDR-PD）可以减小探测器的电容,从而提高探测器的响应速度。本文分别对PDA-PD和DDR-PD进行了研究,并对二者相结合的结构进行了设计优化和仿真,从理论上对仿真结果进行了分析。普通PIN光探测器与具有反射汇聚效果的光栅集成可以提高探测器的量子效率,对该结构进行了优化仿真并通过实验进行了测量。本文的主要工作和创新点如下:1、为了提高光探测器的线性性能,对部分耗尽吸收光探测器的结构进行了设计优化,并对仿真结果进行了理论分析。当器件直径为20μm,施加的反向偏压3V时,与PIN-PD相比,PDA-PD的饱和输出电流从8mA提升至10mA,带宽效率积（BWE）从11.2GHz提升至18.17GHz,提升了66.2%,最佳BWE对应带宽从23.27GHz提升至27.37GHz。此时PDA-PD的耗尽吸收层厚度为500nm,部分耗尽吸收层厚度为700nm。2、为了提高光探测器的高速响应性能,对漂移增强型光探测器的结构进行了优化研究,从电场分布、载流子速度等方面对仿真结果进行了解释,并分析了DDR结构的适用条件。器件直径20μm,反向偏压3V条件下,当吸收层厚度为500nm,漂移增强层厚度400nm时,DDR-PD的带宽效率积获得最大值,为14.1GHz,对应的带宽达到了37.3GHz,与PIN-PD的最佳BWE相比,提升了25.9%。3、为了进一步提高光探测器的性能,将PDA结构和DDR结构相结合进行设计优化。该结构既能提高光探测器的线性性能,又能提高高速响应性能。经过设计,当部分耗尽吸收层厚度550nm,耗尽吸收层厚度350nm,漂移增强层厚度450nm时,探测器的量子效率达到了56.6%,3dB带宽达到了39.7GHz,最佳带宽效率积为22.47GHz,是普通PIN光探测器最佳BWE的两倍。4、为了提高PIN光探测器的量子效率,研究了PIN-PD与具有反射汇聚效果的亚波长光栅集成的结构,探测器直径为40μm,反向偏压3V。当仿真采用的反射率为99%时,优化后的集成结构量子效率达到了55.5%,带宽达到了18.3GHz,与普通PIN结构的36.1%量子效率相比提升了53.707%,最佳BWE由6.54GHz提升至10.17GHz。5、通过对不同输入光强、不同入光方式以及p接触电极的仿真研究,探究影响光探测器性能的因素。并根据探测器内部的电场分布、电势分布、载流子运动速度等对仿真结果进行了理论分析和解释。仿真结果表明PDA-DDR-PD的带宽随输入光功率（也可是输出电流）的增加而逐渐减小。对于本文优化过的PDA-DDR-PD结构,入射光强应小于2900W/cm2。另外仿真发现探测器p接触电极采用全覆盖背入光的方式比环形电极正入光的方式性能更好。6、对PIN光探测器与具有反射汇聚功能的光栅集成结构进行了实验测量,并对不同输出电流、不同p接触电极和入光方式对探测器性能的影响进行了测量。通过实验对仿真结果进行了验证。
曾昆[9]（2019）在《基于亚波长光栅的长波长RCE光探测器》文中认为在信息化浪潮下,由于光纤通信拥有着长距离、大容量、高速率等巨大的优势,各通信网络也开始使用光纤通信作为主要传输方式。近些年来为加快我国宽带建设政府提出了“宽带中国”战略,同时5G技术也逐渐成熟,这些都为光纤通信的发展提供了极大的助力。光探测器作为光通信系统的核心器件之一,对完成光电信号的转换具有关键作用,因此研究具有高光电转换效率和高响应速度的光探测器对FTTX、互联网、大数据、云计算等新型应用的建设以及光通信系统的发展具有重大的意义。用于光纤通信系统中的谐振增强型光探测器（RCE-PD）具有高速、高量子效率的特点很好的解决了探测器中带宽和量子效率之间的矛盾,但是对于工作在1550nm波段处的长波长RCE-PD而言,由于InP基材料的折射率差很小,要想制作出高反射率的分布式布拉格反射镜（DBRs）难度很大,为了解决这个问题,本文提出了一种基于亚波长光栅的单片集成长波长谐振增强型光探测器（monolithic high-contrast grating resonant cavity enhanced photodetector,M-HCG-RCE-PD）。通过深入的理论分析对M-HCG-RCE-PD进行了设计和优化,并进行了相关的工艺研究,实现了M-HCG-RCE-PD的镂空结构。本论文主要研究成果和创新如下:1、提出了基于亚波长光栅的单片集成长波长谐振增强型光探测器。利用亚波长光栅宽光谱、高反射率的特性解决了长波长RCE-PD在制作高反射率DBRs上的难题同时实现了单片集成。2、利用严格耦合波理论（RCWA）对高对比度亚波长光栅（HCG）进行设计,获得了一种对偏振敏感的高反射镜结构。通过仿真计算当HCG厚度为0.185μm,周期为1.07μm,占空比为0.4,以TE偏振光入射时可以在1.5μm到1.6μm波段处得到大于99%的反射率。利用获得的光栅高反射镜,同时建立光探测器的仿真模型进行优化设计,通过仿真优化后得到当器件直径为20μm时M-HCG-RCE-PD的带宽为34GHz,同时在1550nm波长处的量子效率为82%。3、提出了一种新的优化光探测器带宽的途径。一般在优化多层光探测器结构时通常的做法是先优化其中一层,得到最优值后在固定这个值优化下一层,但这么做可能不是很准确,因为无法保证在优化下一层时之前的最优值任为最优值,所以在这里提出了一种新的优化途径,通过引入一个参数K,定义为总本征区厚度与吸收区厚度的比值。通过对参数K的使用同时结合物理模型,可以实现在一次优化过程中完成两层间隔层与一层吸收层的三层光探测器结构的带宽优化工作。4、提出一种实现M-HCG-RCE-PD镂空结构的工艺方案。利用湿法腐蚀成功制备出了M-HCG-RCE-PD的镂空结构,得到了实现镂空结构的关键工艺参数,并解决了镂空结构中可能存在的坍塌问题。同时测量出实现M-HCG-RCE-PD镂空结构中所要用到的腐蚀液的侧腐蚀速率。
赵康[10]（2018）在《光纤通信中高速大功率光探测器阵列的电极结构设计及传输性能的研究》文中认为近年来在云计算,大数据的宏大背景下,各种通信业务得到了迅猛发展。为了满足人们对网络带宽和传输容量日益增长的需求,光纤通信系统也正朝着超高速、大容量、高度集成的方向发展。在超高速长距离光纤传输系统中,采用不同调制格式的相干接收方式成为系统的主要接收方式,本振激光器和系统光前置放大器的使用对接收机中的核心器件—光探测器,提出了兼具高速响应和大功率光电转化的要求。而为了解决单个独立光探测器在大功率接收上的限制,利用光探测器阵列将入射光分散至多个光探测器进行接收,在每个光探测器的线性范围内实现对高输入光功率的良好接收,可以减轻对单一器件在材料生长、工艺制备等方面的苛刻要求,解决大功率和高速之间的矛盾。同时采用阵列方式可以减小每个器件的吸收层厚度,从而提高阵列整体的高速响应和输出功率,缓解单一器件在设计上的复杂度。光探测器阵列的电极作为光探测器阵列的重要组成部分,决定着阵列的分布方式和集成方式,还对光探测器阵列的高速性能有着巨大的影响。可以通过对光探测器阵列的电极结构的精心设计,改变寄生参数效应对阵列特性的影响,以实现光探测器阵列更高的频率响应特性和更大的输出功率。本论文围绕着光纤通信中高速大功率光探测器阵列电极结构设计及传输性能展开了理论和实验研究工作。本论文主要研究内容和创新如下:1、研究了光探测器及其阵列的电极设计基本理论。对光电探测器阵列及其电极结构的国内外研究进展进行了分析和比对,为光探测器阵列电极的设计作支撑。2、设计了单个光探测器电极结构并利用仿真软件进行仿真,优化了电极结构参数。仿真结果显示,优化后电极结构的特征阻抗在1OMHz-1OOGHz在50Ω左右,在100GHz处插入损耗S21为-1.23dB。3、设计了串联型四元光探测器阵列电极结构,着重优化了不同光探测器电极单元的间隔和输出端的共面波导结构参数,优化后的仿真结果表明串联型光探测器阵列电极的传输系数S21在38GHz处下降了 3dB。分析了串联型光探测器阵列中不同电极单元到输出端距离不同造成的电信号传播时的时延累积对电极带宽的影响。4、提出并设计了新型并联型二元光探测器阵列电极结构,克服了串联型光电探测器阵列电极中各个光电探测器电极单元距离信号输出端长度不同,各光电探测器单元的电信号容易在输出端产生时延累积,影响阵列整体高速性能的缺点。利用仿真软件以端口特征阻抗和传输损耗系数为指标仿真优化了该光探测器阵列结构。仿真结果表明,优化后电极结构的特征阻抗Z0在1OMHz-100GHz范围内保持在50Ω左右,在100GHz处插入损耗S21为-1.2dB。5、提出并设计了中心对称型多元光探测器阵列电极结构,仿真优化了三元和四元中心对称型光探测器阵列电极结构,仿真得到的优化结构分别在100GHz处达到了 S21为-1.1dB和S21为-1.7dB的指标。6、完成了对串联型四元光探测器阵列电极的制备,搭建了测试平台,完成了电极结构传输性能的测试,验证了串联型光探测器阵列电极中各个光探测器电极单元距离信号输出端的距离不同,传输系数就不同,距离越远,损耗越大的结论,实际制备出的阵列电极结构在40GHz处S21为-2.8dB,与仿真结果基本吻合。7、完成了对并联型二元光探测器阵列电极的制备,搭建了测试平台,完成了对优化前后不同并联型二元光探测器阵列电极结构传输性能的测试。实验证明优化后的并联型二元光探测器电极的3dB带宽在40GHz以上,传输损耗在40GHz处达到了-1.4dB,较优化前的电极结构下降了 1.1dB,较串联型的电极结构的传输损耗下降了1.4dB。8、完成了对并联型二元单行载流子（UTC）光探测器阵列的制备,并搭建了测试系统,完成了对UTC光探测器阵列的电极欧姆接触、暗电流、响应度和高速性能的测试。实验结果表明,UTC光探测器阵列P极欧姆接触电阻为14.1Ω N极欧姆接触电阻为7.6Ω。在1.9V的反向偏压和1550nm光入射波长条件下,光探测器阵列的暗电流为4.15nA。在1V反向偏压下,阵列的响应度为0.20A/W,3dB带宽达到了 13.6GHz,与使用优化前电极结构的并联型二元光探测器阵列相比较,优化后的电极加在光探测器阵列上之后,3dB带宽增加了6.6GHz。
二、两种InGaAs/InP PIN光探测器比较研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、两种InGaAs/InP PIN光探测器比较研究（论文提纲范文）
（1）光通信系统中高速UTC光探测器的优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景及意义 |
| 1.2 论文结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 光通信系统中单行载流子光探测器及其高速特性的研究 |
| 2.1 光通信系统的发展与现状 |
| 2.2 UTC光探测器的工作原理与性能参数 |
| 2.2.1 UTC光探测器的工作原理 |
| 2.2.2 UTC-PD的性能参数 |
| 2.3 高速UTC-PD的研究进展 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 光场分布对UTC光探测器高速特性的影响研究 |
| 3.1 仿真模型与数值计算 |
| 3.1.1 仿真模型的建立 |
| 3.1.2 数值计算与数据处理 |
| 3.2 入射光束光场分布对器件高速性能的研究 |
| 3.2.1 入射光束光场分布 |
| 3.2.2 高速性能影响结果 |
| 3.2.3 光场分布对高速性能产生影响的理论分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 高速UTC光探测器的优化及性能研究 |
| 4.1 UTC-PD的外延层结构优化 |
| 4.1.1 吸收层优化 |
| 4.1.2 崖层的优化 |
| 4.1.3 收集层的优化 |
| 4.2 UTC-PD优化结构的高速性能分析 |
| 4.2.1 新型UTC-PD的仿真结构与参数 |
| 4.2.2 高速性能优化结果 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 光探测器的工艺制作和性能测量 |
| 5.1 光探测器的外延生长结构参数 |
| 5.2 器件的工艺制作 |
| 5.3 PIN-PD的性能测试 |
| 5.3.1 高速特性测试 |
| 5.3.2 量子效率测试 |
| 5.3.3 暗电流测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录 |
（2）基于光场调控和微结构的高性能光探测器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 主要工作及结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 高速、高量子效率光探测器的研究进展 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 PIN-PD在现代通信系统中的应用 |
| 2.3 高速、高量子效率PD的研究现状 |
| 2.3.1 高速、高效率的PIN光探测器 |
| 2.3.2 UTC光探测器 |
| 2.3.3 光探测器阵列 |
| 2.3.4 微结构光探测器的研究现状 |
| 2.3.5 集成微结构器件的光探测器 |
| 2.4 入射光场分布对光探测器的影响的研究 |
| 2.5 PIN-PD的工作机制和主要性能指标 |
| 2.5.1 光探测器中的本构关系 |
| 2.5.2 响应度和量子效率 |
| 2.5.3 光探测器的电带宽和等效电路 |
| 2.5.4 带宽-效率积 |
| 2.5.5 光探测器的暗电流和噪声机制 |
| 2.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 入射光场分布对PIN光探测器性能的影响研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于Silvaco软件的数值计算方法 |
| 3.3 光探测器结构设计 |
| 3.3.1 理论分析 |
| 3.3.2 仿真参数设置 |
| 3.4 入射光场分布设计 |
| 3.5 光场分布影响的PIN光探测器带宽及分析 |
| 3.5.1 相同峰值的光共轴入射 |
| 3.5.2 相同功率的光共轴入射 |
| 3.5.3 器件带宽和输出电流分析 |
| 3.5.4 光探测器中的电场分布 |
| 3.6 水平优化方法和环形分布光场 |
| 3.6.1 水平优化方法 |
| 3.6.2 环形光场设计及器件性能 |
| 3.7 水平优化在C波段和高偏压下的验证 |
| 3.8 基于MATLAB GUI的高斯分布光计算小程序 |
| 3.9 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 控光器件的设计及集成方案 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于光栅的光场设计 |
| 4.2.1 基于光栅的平顶光场设计 |
| 4.2.2 基于InP基亚波长光栅的环形光场设计 |
| 4.3 基于SOI亚波长光栅的相位延迟功分器的设计 |
| 4.3.1 混频器理论分析 |
| 4.3.2 光栅设计 |
| 4.3.3 仿真结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 具有空气孔槽微结构的光探测器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于Lumerical的数值计算方法 |
| 5.2.1 基于FDTD的光学数值仿真 |
| 5.2.2 基于CHARGE的电学仿真 |
| 5.2.3 台面型PIN-PD的仿真研究与误差分析 |
| 5.3 HG-MPIN-PD的仿真分析 |
| 5.3.1 HG-MPIN-PD的光学仿真分析 |
| 5.3.2 HG-MPIN-PD的电学仿真分析 |
| 5.4 HG-MPIN-PD的电极分布 |
| 5.4.1 光探测器电极的传输线理论 |
| 5.4.2 HG-MPIN-PD的“方向盘”形电极分布 |
| 5.5 加入氧化层结构的MPIN-PD设计 |
| 5.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 光探测器的制备与性能测试 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 光探测器的性能测试与分析 |
| 6.2.1 入射光场与光探测器的耦合方案 |
| 6.2.2 光探测器的直流特性 |
| 6.2.3 光场分布对光探测器高速性能影响的测试 |
| 6.3 HG-MPIN-PD外延片的质量测试与分析 |
| 6.3.1 晶格匹配度测试 |
| 6.3.2 外延层掺杂浓度测试 |
| 6.4 HG-MPIN-PD的制备 |
| 6.4.1 版图设计 |
| 6.4.2 后工艺中的主要步骤 |
| 6.4.3 HG-MPIN-PD的制备 |
| 6.4.4 HG-MPIN-PD的性能测试 |
| 6.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文 |
（3）光通信波段硅基纳米线阵列探测器的设计与优化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 半导体纳米线 |
| 1.3 半导体纳米线异质结构 |
| 1.4 纳米线阵列光探测器 |
| 1.4.1 纳米线阵列光探测器简介 |
| 1.4.2 纳米线阵列光探测器研究现状 |
| 1.5 本文研究工作创新点与结构安排 |
| 1.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第二章 硅基纳米线阵列光探测器的基本原理 |
| 2.1 pin结的形成及其基本原理 |
| 2.2 纳米线阵列光探测器的基本原理与结构 |
| 2.2.1 纳米线阵列光探测器的光学和电学特性 |
| 2.2.2 纳米线阵列光探测器的结构设计 |
| 2.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 薄膜光探测器的仿真研究 |
| 3.1 仿真研究方法 |
| 3.1.1 Sentaurus仿真软件介绍 |
| 3.1.2 薄膜光探测器的建模仿真方法 |
| 3.2 薄膜光探测器的性能分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 径向结纳米线阵列光探测器的仿真研究 |
| 4.1 纳米线阵列光探测器的建模 |
| 4.1.1 仿真建模方法 |
| 4.1.2 径向pin结纳米线阵列光探测器结构 |
| 4.2 径向pin结纳米线阵列光探测器的光学性质分析 |
| 4.2.1 D/P 比与直径对光吸收的影响 |
| 4.2.2 将光吸收峰固定于1.55μm处 |
| 4.3 径向pin结纳米线阵列光探测器的电学性质分析 |
| 4.3.1 光生电流密度 |
| 4.3.2 响应度 |
| 4.4 径向结纳米线阵列光探测器与薄膜光探测器对比 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 轴向结纳米线阵列光探测器的仿真研究 |
| 5.1 轴向pin结纳米线阵列光探测器结构 |
| 5.2 轴向pin结纳米线阵列光探测器的光学性质分析 |
| 5.2.1 D/P比与直径对光吸收的影响 |
| 5.2.2 将光吸收峰固定于1.55μm处 |
| 5.3 轴向结纳米线阵列的电学性质分析 |
| 5.3.1 pin结的暗电流特性 |
| 5.3.2 偏置电压对暗电流和光生电流的影响 |
| 5.3.3 光生电流密度 |
| 5.3.4 响应度 |
| 5.4 轴向pin结纳米线阵列光探测器与径向pin结纳米线阵列光探测器对比 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 结论和展望 |
| 6.1 研究工作总结 |
| 6.2 研究工作展望 |
| 致谢 |
| 作者攻读硕士学位期间发表的学术论文目录 |
（4）光通信中高速光探测器的电极传输线设计及其性能的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 论文结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 光通信中高速光探测器及其电极传输线 |
| 2.1 光通信的发展现状以及关键技术 |
| 2.2 光通信中高速光探测器及其阵列的研究进展 |
| 2.2.1 垂直入射光探测器 |
| 2.2.2 边入射波导光探测器 |
| 2.2.3 部分耗尽吸收层光探测器 |
| 2.2.4 单行载流子光探测器 |
| 2.2.5 高速、高功率光探测器阵列 |
| 2.3 光探测器的基本原理 |
| 2.4 光探测器的性能参数 |
| 2.4.1 光电转换效率 |
| 2.4.2 响应速度 |
| 2.4.3 饱和光电流 |
| 2.4.4 暗电流 |
| 2.5 光探测器的等效电路 |
| 2.6 光探测器的电极传输线 |
| 2.6.1 共面波导的基本理论 |
| 2.6.2 电极传输线的性能参数 |
| 2.6.3 基于共面波导的电极传输线研究进展 |
| 2.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 光探测器电极传输线的设计 |
| 3.1 光探测器电极传输线的设计原理 |
| 3.1.1 光探测器的电极传输线组成 |
| 3.1.2 光探测器的电极传输线的结构设计 |
| 3.1.3 高频电磁场仿真软件HFSS的介绍 |
| 3.2 光探测器电极传输线的建模仿真 |
| 3.2.1 建模 |
| 3.2.2 仿真与优化 |
| 3.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 叉状光探测器阵列电极传输线的提出与实现 |
| 4.1 行波光探测器阵列 |
| 4.1.1 电极传输线的结构设计 |
| 4.1.2 建模仿真 |
| 4.2 叉状光探测器阵列 |
| 4.2.1 二元结构的建模仿真 |
| 4.2.2 三元结构的建模仿真 |
| 4.2.3 多元结构的设计方法 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 光探测器电极的制备及其性能测量 |
| 5.1 光探测器电极传输线的制备方法 |
| 5.2 光探测器电极传输线的性能测量 |
| 5.2.1 单个电极传输线结构的性能测量 |
| 5.2.2 行波光探测器阵列电极传输线的性能测量 |
| 5.2.3 叉状光探测器阵列电极传输线的性能测量 |
| 5.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
（5）面向数据中心的高速光电探测器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 论文结构及安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 光纤通信中的光探测器及其在数据中心的应用 |
| 2.1 光纤通信技术的发展和趋势 |
| 2.2 光纤通信系统中的光探测器 |
| 2.2.1 PIN光探测器 |
| 2.2.2 波导型光探测器 |
| 2.2.3 谐振增强型光探测器 |
| 2.2.4 光栅反射增强型光探测器 |
| 2.2.5 单行载流子光探测器 |
| 2.2.6 雪崩光探测器 |
| 2.2.7 高速光探测器的研究现状 |
| 2.3 数据中心对光探测器的要求 |
| 2.3.1 数据中心发展现状 |
| 2.3.2 数据中心光模块的选择 |
| 2.3.3 数据中心光探测器的应用 |
| 2.4 本章小节 |
| 参考文献 |
| 第三章 高速PIN光探测器的研究 |
| 3.1 PIN光探测器的仿真模型 |
| 3.1.1 三大基本方程 |
| 3.1.2 数值求解方法 |
| 3.1.3 物理模型 |
| 3.1.4 材料参数 |
| 3.2 PIN光探测器关键性能参数 |
| 3.2.1 PIN-PD的频率响应 |
| 3.2.2 PIN-PD的量子效率 |
| 3.3 PIN-PD性能参数对器件的影响 |
| 3.3.1 吸收区厚度对带宽的影响 |
| 3.3.2 器件尺寸对带宽的影响 |
| 3.3.3 入射光波长对量子效率的影响 |
| 3.3.4 PIN-PD的效率带宽积 |
| 3.4 本章小节 |
| 参考文献 |
| 第四章 应用数据中心的高速光探测器设计和优化 |
| 4.1 集成微透镜的高速光探测器 |
| 4.1.1 集成透镜的高速光探测器结构设计 |
| 4.1.2 集成透镜的高速光探测器的微透镜设计 |
| 4.1.3 集成透镜的高速光探测器的优化 |
| 4.2 集成会聚型反射透镜的高速蘑菇型光探测器 |
| 4.2.1 集成会聚反射镜的蘑菇型光探测器 |
| 4.2.2 几种光探测器结构对比 |
| 4.2.3 会聚型反射透镜设计及量子效率的计算 |
| 4.3 本章小节 |
| 参考文献 |
| 第五章 微透镜的关键制备工艺的研究 |
| 5.1 微透镜制备工艺的研究 |
| 5.1.1 微透镜制备方法 |
| 5.1.2 微透镜制备基本工艺流程 |
| 5.1.3 透镜工艺光刻胶的选择 |
| 5.2 微透镜结构的实现 |
| 5.3 本章小节 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
（6）光通信波段光探测器的暗电流抑制与宽谱高速及大功率响应特性的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文的研究背景及意义 |
| 1.2 主要工作及结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 光探测器的基本特性与研究进展 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 应用于光纤通信系统中的光探测器 |
| 2.2.1 PIN光探测器 |
| 2.2.2 单行载流子光探测器 |
| 2.2.3 雪崩光探测器 |
| 2.3 光探测器的性能参数 |
| 2.3.1 响应度和量子效率 |
| 2.3.2 暗电流和噪声 |
| 2.3.3 介电弛豫时间 |
| 2.3.4 响应时间和3-dB带宽 |
| 2.3.5 直流饱和与交流饱和性能 |
| 2.4 光探测器的暗电流及其研究进展 |
| 2.5 宽光谱光探测器及其研究进展 |
| 2.6 高速、大功率光探测器及其研究进展 |
| 2.7 光探测器的仿真计算基础 |
| 2.8 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 PIN光探测器的暗电流机理与抑制方案的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 PIN光探测器的结构 |
| 3.3 计算仿真与参数 |
| 3.4 暗电流的测试和仿真结果以及机理分析 |
| 3.4.1 暗电流测试系统 |
| 3.4.2 暗电流测试和仿真结果的分析以及暗电流模型的提出 |
| 3.4.3 每个机制引起的暗电流与电压的关系 |
| 3.5 不同器件结构和温度下暗电流主要机制的讨论 |
| 3.5.1 不同吸收层厚度和掺杂浓度下的主要暗电流机制 |
| 3.5.2 不同温度下的主要暗电流机制 |
| 3.6 暗电流与温度和器件结构的关系及抑制暗电流的方案 |
| 3.6.1 暗电流与温度和器件结构的关系 |
| 3.6.2 暗电流的抑制方案 |
| 3.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 单行载流子光探测器暗电流机理与抑制方案的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 单行载流子光探测器的制备与测试 |
| 4.2.1 单行载流子光探测器的制备 |
| 4.2.2 测试与仿真介绍 |
| 4.3 测试结果与暗电流机理分析 |
| 4.3.1 深能级瞬态谱仪(DLTS)测试结果 |
| 4.3.2 单行载流子光探测器暗电流和响应度测试结果 |
| 4.3.3 单行载流子光探测器暗电流机理分析以及暗电流模型的提出 |
| 4.3.4 单行载流子光探测器暗电流主要产生区域 |
| 4.4 单行载流子光探测器暗电流与收集层的关系及抑制方案 |
| 4.4.1 单行载流子光探测器的暗电流与收集层的关系 |
| 4.4.2 单行载流子光探测器的暗电流的抑制方案 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 光通信波段宽光谱光探测器的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 器件外延层结构与测试分析 |
| 5.2.1 器件外延层结构设计与生长 |
| 5.2.2 X射线衍射(XRD)测试与分析 |
| 5.2.3 电化学微分电容电压(ECV)测试与分析 |
| 5.3 器件的工艺制备 |
| 5.4 器件的测试系统与测试结果 |
| 5.4.1 器件的测试系统 |
| 5.4.2 器件的测试结果 |
| 5.5 与频率相关的负微分电容效应 |
| 5.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 单行载流子光探测器中电容对光功率的依赖特性及对高速特性的影响 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 电容测试原理 |
| 6.3 电容对光功率的依赖特性及电容分析模型 |
| 6.3.1 单行载流子光探测器电容随光功率变化的仿真 |
| 6.3.2 单行载流子光探测器电容分析模型 |
| 6.3.3 电容与光功率依赖特性的分析 |
| 6.4 单行载流子光探测器的制备与测试 |
| 6.4.1 单行载流子光探测器的制备 |
| 6.4.2 单行载流子光探测器的电容和电流测试 |
| 6.5 单行载流子光探测器的电容与收集层厚度的关系 |
| 6.6 单行载流子光探测器的高速响应特性与电容的关系 |
| 6.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 与亚波长光栅分束器集成的高速大功率、对称连接单行载流子光探测器阵列 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 与亚波长光栅功分器混合集成的单行载流子光探测器阵列的设计 |
| 7.3 对称连接的单行载流子光探测器阵列的设计和制备 |
| 7.3.1 阵列所用单行载流子光探测器单元的结构 |
| 7.3.2 三元和四元对称连接的单行载流子光探测器阵列的制备过程. |
| 7.4 亚波长光栅功分器的设计和制备 |
| 7.4.1 亚波长光栅功分器的简介和设计原理 |
| 7.4.2 亚波长光栅功分器的设计 |
| 7.4.3 SOI基亚波长光栅功分器的制备 |
| 7.5 混合集成方案和工艺 |
| 7.6 混合集成单行载流子光探测器阵列结构的测试结果与分析 |
| 7.6.1 暗电流的测试结果与分析 |
| 7.6.2 3-dB带宽的测试结果与分析 |
| 7.6.3 交流饱和特性的测试结果与分析 |
| 7.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 工作总结 |
| 8.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文 |
（7）光通信系统中宽带高功率单行载流子光探测器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 主要工作及结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 光通信系统中的单行载流子光探测器 |
| 2.1 光通信系统中的光探测器 |
| 2.2 UTC-PD的研究现状 |
| 2.2.1 高功率UTC-PD |
| 2.2.2 宽带UTC-PD |
| 2.2.3 零偏压和低偏压UTC-PD |
| 2.3 UTC-PD的理论分析 |
| 2.3.1 UTC-PD的理论近似计算公式 |
| 2.3.2 UTC-PD的最大输出功率 |
| 2.3.3 UTC-PD输出功率的限制因素 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 零偏压单行载流子光探测器的设计与研究 |
| 3.1 数值计算方法简介 |
| 3.1.1 数值计算方法 |
| 3.1.2 数值计算结果与实验结果相比 |
| 3.2 结构设计和分析 |
| 3.2.1 设计思路 |
| 3.2.2 设计吸收层 |
| 3.2.2.1 梯度掺杂吸收层 |
| 3.2.2.2 梯度带隙吸收层 |
| 3.2.2.3 梯度掺杂和梯度带隙吸收层 |
| 3.2.2.4 Ⅱ型能带 |
| 3.2.3 设计间隔层 |
| 3.2.4 收集层设计 |
| 3.3 优化后的零偏置UTC-PD的输出功率 |
| 3.4 对比PIN-PD与UTC-PD |
| 3.5 对称型背靠背UTC-PD |
| 3.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 电荷补偿的零偏置或低偏置UTC-PD |
| 4.1 零偏置下的UTC-PD |
| 4.2 低偏压下的UTC-PD |
| 4.3 蘑菇型台面UTC-PD |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 时域仿真设计宽带高功率UTC-PD |
| 5.1 数值计算结果与实验结果对比 |
| 5.2 设计与分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 制备具有低串联电阻的光探测器 |
| 6.1 台面结构光探测器的制备工艺流程 |
| 6.2 磁控溅射沉积金属接触层工艺 |
| 6.3 欧姆接触 |
| 6.4 光探测器的设计和制备 |
| 6.5 PIN-PD实验结果和讨论 |
| 6.6 UTC-PD实验结果 |
| 6.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 零偏置UTC-PD的制备及测试 |
| 7.1 器件设计和制备 |
| 7.2 暗电流和频率响应测试结果及讨论 |
| 7.3 直流及射频饱和测试结果 |
| 7.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 总结 |
| 8.2 展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
（8）光通信中高性能光探测器的结构优化及特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 论文结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 光通信中的高性能光探测器 |
| 2.1 光通信中光探测器概述 |
| 2.2 高性能光电探测器的研究进展 |
| 2.2.1 高响应度探测器的研究进展 |
| 2.2.2 高速探测器的研究进展 |
| 2.2.3 大功率探测器的研究进展 |
| 2.3 DDR光探测器和PDA光探测器基本原理和特性分析 |
| 2.3.1 PIN光探测器基本原理 |
| 2.3.2 DDR光探测器基本原理 |
| 2.3.3 PDA光探测器基本原理 |
| 2.3.4 响应度和量子效率分析 |
| 2.3.5 响应速度和带宽分析 |
| 2.3.6 暗电流特性分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 部分耗尽吸收漂移增强型探测器结构优化研究 |
| 3.1 部分耗尽吸收与漂移增强层结合的光探测器结构 |
| 3.2 部分耗尽吸收光探测器性能优化的研究 |
| 3.2.1 PDA-PD的3dB带宽优化仿真结果及分析 |
| 3.2.2 PDA-PD响应度仿真结果及分析 |
| 3.2.3 PDA-PD带宽效率积结果分析及与传统PIN-PD性能对比 |
| 3.3 漂移增强型光探测器性能优化的研究 |
| 3.3.1 DDR-PD的3dB带宽仿真优化结果及分析 |
| 3.3.2 DDR-PD带宽效率积优化结果及分析 |
| 3.4 部分耗尽吸收漂移增强型光探测器性能优化的研究 |
| 3.4.1 PDA-DDR-PD的3dB带宽仿真优化结果及分析 |
| 3.4.2 PDA-DDR-PD带宽效率积结果及分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 PIN-PD与反射汇聚光栅集成结构的优化研究 |
| 4.1 传统PIN光探测器结构的优化仿真结果 |
| 4.1.1 PIN光探测器结构示意图 |
| 4.1.2 PIN光探测器3dB带宽及量子效率仿真结果分析 |
| 4.1.3 PIN光探测器带宽效率积结果分析 |
| 4.2 PIN光探测器与光栅集成的结构和PIN光探测器性能对比 |
| 4.2.1 PIN光探测器与光栅集成的结构 |
| 4.2.2 PIN与光栅集成结构的量子效率和3dB带宽随光栅反射率变化结果 |
| 4.2.3 PIN与光栅集成结构和PIN光探测器性能对比 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 入射光强及入光方式对探测器性能影响的研究 |
| 5.1 入射光强大小对探测器性能的影响 |
| 5.2 入光方式对探测器性能的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 PIN光探测器结构的性能测试 |
| 6.1 实验测量原理 |
| 6.1.1 量子效率测量原理 |
| 6.1.2 3dB带宽测量原理 |
| 6.2 PIN光探测器与光栅集成结构的实验测量结果与分析 |
| 6.2.1 响应度测量结果分析 |
| 6.2.2 3dB带宽测量结果分析 |
| 6.2.3 带宽随输出电流变化测量结果分析 |
| 6.3 PIN-PD不同入光方式实验测量结果与分析 |
| 6.3.1 响应度测量结果分析 |
| 6.3.2 3dB带宽测量结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
（9）基于亚波长光栅的长波长RCE光探测器（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外的研究现状 |
| 1.2.1 光通信系统的组成与发展 |
| 1.2.2 光纤通信系统中的光探测器 |
| 1.2.3 亚波长光栅在光探测器中的应用 |
| 1.3 论文结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 长波长RCE光探测器的研究 |
| 2.1 光探测器的仿真模型 |
| 2.1.1 三大基本方程 |
| 2.1.2 数值解方法 |
| 2.1.3 物理模型 |
| 2.2 光探测器关键性能参数的计算 |
| 2.2.1 响应带宽的计算 |
| 2.2.2 量子效率的计算 |
| 2.2.3 亚波长光栅反射率的计算 |
| 2.3 探测器参数对带宽的影响 |
| 2.3.1 吸收层厚度对探测器带宽的影响 |
| 2.3.2 探测器尺寸对带宽的影响 |
| 2.3.3 外加偏压对带宽的影响 |
| 2.3.4 等效电路模型中电感对带宽的影响 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 单片集成长波长RCE光探测器的设计与优化 |
| 3.1 M-HCG-RCE-PD的结构提出 |
| 3.2 M-HCG-RCE-PD的结构优化 |
| 3.2.1 HCG的结构设计与优化 |
| 3.2.2 M-HCG-RCE-PD带宽的计算与优化 |
| 3.2.3 M-HCG-RCE-PD量子效率的计算与优化 |
| 3.2.4 优化后M-HCG-RCE-PD的结构 |
| 3.3 优化后的M-HCG-RCE-PD与普通PIN-PD比较 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 单片集成长波长RCE光探测器关键实验研究 |
| 4.1 制备镂空结构所需的工艺 |
| 4.1.1 电子束曝光 |
| 4.1.2 干法刻蚀 |
| 4.1.3 湿法刻蚀 |
| 4.2 M-HCG-RCE-PD镂空结构的实现 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间发表的学术论文目录 |
| 中英文缩略词对照表 |
（10）光纤通信中高速大功率光探测器阵列的电极结构设计及传输性能的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 论文结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 光纤通信中的光探测器及其阵列 |
| 2.1 光纤通信系统的发展 |
| 2.2 光纤通信中光探测器的工作原理 |
| 2.2.1 PIN光探测器 |
| 2.2.2 部分耗尽吸收层(PDA)光探测器 |
| 2.2.3 单行载流子(UTC)光探测器 |
| 2.3 光探测器的性能参数 |
| 2.3.1 量子效率和响应度 |
| 2.3.2 高速性能 |
| 2.3.3 射频输出功率和饱和电流 |
| 2.3.4 噪声特性和暗电流 |
| 2.4 光纤通信中的高速大功率光探测器及其阵列研究进展 |
| 2.4.1 高速大功率光探测器研究进展 |
| 2.4.2 高速大功率光探测器阵列研究进展 |
| 2.5 光探测器及阵列电极设计中的传输线理论 |
| 2.5.1 传输线的基本方程 |
| 2.5.2 传输线的参数 |
| 2.5.3 应用于光探测器及其阵列电极的共面波导 |
| 2.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 光探测器电极的设计与仿真 |
| 3.1 光探测器电极设计原理 |
| 3.1.1 光探测器电极的组成及设计思路 |
| 3.1.2 电磁仿真软件HFSS的介绍 |
| 3.2 光探测器电极设计及仿真过程 |
| 3.2.1 光探测器电极仿真模型的建立 |
| 3.2.2 光探测器电极仿真分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 二元及多元光探测器阵列电极的研究 |
| 4.1 光探测器阵列电极的设计理论 |
| 4.2 串联型光探测器阵列电极的设计与仿真 |
| 4.3 并联型光探测器阵列电极的设计与仿真 |
| 4.4 中心对称型光探测器阵列电极的设计与仿真 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 光探测器阵列电极的制备和传输性能测试 |
| 5.1 光探测器阵列电极的制备过程 |
| 5.2 光探测器阵列电极传输性能的测试 |
| 5.3 采用优化后电极的光探测器阵列制备过程 |
| 5.4 采用优化后电极的光探测器阵列的性能测试 |
| 5.4.0 电极欧姆接触测试 |
| 5.4.1 暗电流测试 |
| 5.4.2 响应度测试 |
| 5.4.3 频率响应测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
四、两种InGaAs/InP PIN光探测器比较研究（论文参考文献）
- [1]光通信系统中高速UTC光探测器的优化研究[D]. 肖朝政. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]基于光场调控和微结构的高性能光探测器的研究[D]. 牛慧娟. 北京邮电大学, 2021
- [3]光通信波段硅基纳米线阵列探测器的设计与优化[D]. 孙世恒. 北京邮电大学, 2020(05)
- [4]光通信中高速光探测器的电极传输线设计及其性能的研究[D]. 焦泓玮. 北京邮电大学, 2020(05)
- [5]面向数据中心的高速光电探测器研究[D]. 陶晋明. 北京邮电大学, 2020(05)
- [6]光通信波段光探测器的暗电流抑制与宽谱高速及大功率响应特性的研究[D]. 马晓凯. 北京邮电大学, 2019(08)
- [7]光通信系统中宽带高功率单行载流子光探测器的研究[D]. 刘涛. 北京邮电大学, 2019(08)
- [8]光通信中高性能光探测器的结构优化及特性研究[D]. 陈静. 北京邮电大学, 2019(08)
- [9]基于亚波长光栅的长波长RCE光探测器[D]. 曾昆. 北京邮电大学, 2019(08)
- [10]光纤通信中高速大功率光探测器阵列的电极结构设计及传输性能的研究[D]. 赵康. 北京邮电大学, 2018(11)