长脉冲激光与在线硅基APD作用热学仿真研究
发布时间：2020-12-08 22:18
长脉冲激光与在线硅基APD相互作用会引起温度的变化,同时,在外置偏压时,不仅要考虑入射激光基于在线硅基APD探测器吸收而直接形成热能,还要考虑入射激光发生光电转换效应,结合在线硅基APD光电探测器的内部电场作用,形成光生电动势与光生电流,由电场对在线硅基APD探测器内部所做的功而间接形成热能。本论文通过理论和仿真研究了长脉冲激光与在线硅基APD作用热学模型,分析了长脉冲激光与零偏电压和外置偏压不同条件的在线硅基APD作用的热学作用效果之间的关系,并实验验证了热学模型的合理性。建立了长脉冲激光与在线硅基APD作用热学模型。在零偏电压时长脉冲激光与在线硅基APD作用热学模型中,只考虑激光热源项,实现对温度的理论分析,并利用能量守恒理论对激光平均能量与峰值能量之间的转换问题进行处理;在外置偏压时长脉冲激光与在线硅基APD作用热学模型中,考虑激光热源项和焦耳热源项,实现对温度的理论分析,对脉冲激光作用过程中在线硅基APD峰值温度随外置偏压的增加而增加且略高于零偏电压时的峰值温度,以及脉冲激光作用结束后在线硅基APD退温时间远远大于零偏电压时的退温时间的现象给出了合理的解释。开展了长脉冲激光与在...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
飞秒激光辐照硅基PIN探测器试验示意图
并得出胶层热导率厚度对损伤阈值和热恢复时间在相同辐照时响。008 年中国科学院曹延名[16-18]等人，通过使用 MEDICI 软件，仿真设计单的单光子探测器。同时也通过离化积分对反偏电压下的探测器的电真。分析了不同区域掺杂浓度和厚度对光电流的影响。010 年长春理工大学的徐立君[19]等人针对激光损伤光电探测器后，导致现象，设计了一套实时测量探测器响应度的装置。如图 1.2 所示，装激光器作为参考光，作用激光为1064nm的Nd:YAG激光器，脉冲宽度能量可达 1J。激光经过衰减片衰减后，通过分光镜照射在探测器表面监测激光能量。探测器与检流计通过导线相连，可记录实验过程中的流，并通过大量的实验数据得到探测器的饱和阈值、损伤阈值。
空穴寿命 τps 10×10-6电子扩散系数 Dncm-2s-1μnkT/q空穴扩散系数 Dpcm-2s-1μpkT/q耗尽层厚度 WDm 3x1063.1.2 长脉冲激光与在线硅基 APD 作用的热学仿真网格剖分如图 3.1 所示，由于硅基 APD 内部十分复杂，基于硅基 APD 的结构特点，将硅基 APD 探测器简化为二维轴对称模型，从而大大减少网格的剖分时间及计算过程的复杂度。如图 3.1 a）所示，为硅基 APD 二维轴对称模型，硅基 APD 的几何参数由表 3.1 给出，物性参数由表 3.2 给出。其中 R1 为雪崩区 P 区，R2 为保护环 N+区，R3 为截止环 P+区，R4 为吸收区 π，R5 为欧姆接触区 P+，R6 为光敏区 N+，R7 为增透层 Si3N4。如图 3.1 b)所示，是将 R6，R7 结构的放大图。图 3.2 为硅基 APD 二维轴对称模型的三角网格剖分图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]破碎激光辐照材料的数值仿真软件研发[J]. 魏有,王頔,金光勇. 激光与红外. 2017(01)
[2]脉冲串激光辐照光电二极管损伤的数值研究[J]. 赵宏宇,魏智,金光勇. 激光与光电子学进展. 2017(04)
[3]1064nm、532nm、355nm波长脉冲激光辐照多晶硅损伤特性研究[J]. 冯爱新,庄绪华,薛伟,韩振春,孙铁囤,陈风国,钟国旗,印成,何叶. 红外与激光工程. 2015(02)
[4]脉冲激光辐照GaAs材料热效应研究[J]. 周海娇,孙文军,刘中洋. 光子学报. 2014(11)
[5]激光辐照材料烧蚀特性的数值仿真[J]. 赵杨,张昊春,李垚,于海燕,郭洋裕. 化工学报. 2014(S1)
[6]基于等效电路模型的APD特性分析[J]. 崔洋,孙华燕,齐莹莹. 四川兵工学报. 2013(08)
[7]光导型碲镉汞探测器在波段外连续激光辐照下的载流子输运[J]. 江天,郑鑫,程湘爱,许中杰,江厚满,陆启生. 红外与毫米波学报. 2012(03)
[8]光伏碲镉汞探测器在波段内连续激光辐照下的非线性响应机理研究[J]. 江天,程湘爱,郑鑫,许中杰,江厚满,陆启生. 物理学报. 2012(13)
[9]光伏型碲镉汞探测器在波段内连续激光辐照下的两种不同过饱和现象的产生机理[J]. 江天,程湘爱,许中杰,陆启生. 物理学报. 2013(09)
[10]强激光辐照下光电探测器响应性能的研究[J]. 徐立君,蔡红星,李昌立,毕娟,金光勇,张喜和. 应用光学. 2010(06)
博士论文
[1]长脉冲激光辐照硅基APD光电探测器研究[D]. 王頔.长春理工大学 2018
硕士论文
[1]新型台面结构硅基雪崩光电二极管的研究[D]. 崔文凯.北京工业大学 2014
[2]Si基微元APD雪崩增益与结构参数优化的研究[D]. 顾怀奇.哈尔滨工业大学 2012
[3]强激光对材料热损伤的有限元法研究[D]. 刘全喜.四川大学 2007
本文编号：2905778
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
飞秒激光辐照硅基PIN探测器试验示意图
并得出胶层热导率厚度对损伤阈值和热恢复时间在相同辐照时响。008 年中国科学院曹延名[16-18]等人，通过使用 MEDICI 软件，仿真设计单的单光子探测器。同时也通过离化积分对反偏电压下的探测器的电真。分析了不同区域掺杂浓度和厚度对光电流的影响。010 年长春理工大学的徐立君[19]等人针对激光损伤光电探测器后，导致现象，设计了一套实时测量探测器响应度的装置。如图 1.2 所示，装激光器作为参考光，作用激光为1064nm的Nd:YAG激光器，脉冲宽度能量可达 1J。激光经过衰减片衰减后，通过分光镜照射在探测器表面监测激光能量。探测器与检流计通过导线相连，可记录实验过程中的流，并通过大量的实验数据得到探测器的饱和阈值、损伤阈值。
空穴寿命 τps 10×10-6电子扩散系数 Dncm-2s-1μnkT/q空穴扩散系数 Dpcm-2s-1μpkT/q耗尽层厚度 WDm 3x1063.1.2 长脉冲激光与在线硅基 APD 作用的热学仿真网格剖分如图 3.1 所示，由于硅基 APD 内部十分复杂，基于硅基 APD 的结构特点，将硅基 APD 探测器简化为二维轴对称模型，从而大大减少网格的剖分时间及计算过程的复杂度。如图 3.1 a）所示，为硅基 APD 二维轴对称模型，硅基 APD 的几何参数由表 3.1 给出，物性参数由表 3.2 给出。其中 R1 为雪崩区 P 区，R2 为保护环 N+区，R3 为截止环 P+区，R4 为吸收区 π，R5 为欧姆接触区 P+，R6 为光敏区 N+，R7 为增透层 Si3N4。如图 3.1 b)所示，是将 R6，R7 结构的放大图。图 3.2 为硅基 APD 二维轴对称模型的三角网格剖分图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]破碎激光辐照材料的数值仿真软件研发[J]. 魏有,王頔,金光勇. 激光与红外. 2017(01)
[2]脉冲串激光辐照光电二极管损伤的数值研究[J]. 赵宏宇,魏智,金光勇. 激光与光电子学进展. 2017(04)
[3]1064nm、532nm、355nm波长脉冲激光辐照多晶硅损伤特性研究[J]. 冯爱新,庄绪华,薛伟,韩振春,孙铁囤,陈风国,钟国旗,印成,何叶. 红外与激光工程. 2015(02)
[4]脉冲激光辐照GaAs材料热效应研究[J]. 周海娇,孙文军,刘中洋. 光子学报. 2014(11)
[5]激光辐照材料烧蚀特性的数值仿真[J]. 赵杨,张昊春,李垚,于海燕,郭洋裕. 化工学报. 2014(S1)
[6]基于等效电路模型的APD特性分析[J]. 崔洋,孙华燕,齐莹莹. 四川兵工学报. 2013(08)
[7]光导型碲镉汞探测器在波段外连续激光辐照下的载流子输运[J]. 江天,郑鑫,程湘爱,许中杰,江厚满,陆启生. 红外与毫米波学报. 2012(03)
[8]光伏碲镉汞探测器在波段内连续激光辐照下的非线性响应机理研究[J]. 江天,程湘爱,郑鑫,许中杰,江厚满,陆启生. 物理学报. 2012(13)
[9]光伏型碲镉汞探测器在波段内连续激光辐照下的两种不同过饱和现象的产生机理[J]. 江天,程湘爱,许中杰,陆启生. 物理学报. 2013(09)
[10]强激光辐照下光电探测器响应性能的研究[J]. 徐立君,蔡红星,李昌立,毕娟,金光勇,张喜和. 应用光学. 2010(06)
博士论文
[1]长脉冲激光辐照硅基APD光电探测器研究[D]. 王頔.长春理工大学 2018
硕士论文
[1]新型台面结构硅基雪崩光电二极管的研究[D]. 崔文凯.北京工业大学 2014
[2]Si基微元APD雪崩增益与结构参数优化的研究[D]. 顾怀奇.哈尔滨工业大学 2012
[3]强激光对材料热损伤的有限元法研究[D]. 刘全喜.四川大学 2007
本文编号：2905778
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