高速PIN光探测器微波建模与参数提取分析
本文选题:PIN光探测器 切入点:小信号等效电路模型 出处:《华东师范大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:近年来,光纤通信系统发展的非常快速,尤其在速度、容量方面,这是由于其成本低、带宽大、抗干扰能力强、可靠性高等特点,将光子器件集成在电路中可以降低系统的寄生效应从而提高其性能,尤其在高速的光纤系统中这种混合集成是必然的。因此,光电集成电路(OEIC)在光纤系统中是必不可少的。要提高整个集成电路的性能,就要对组成集成电路的分立器件的性能进行准确模拟,光探测器是OEIC中接收光的主要器件,十分有必要对其高速、高灵敏度等方面进行研究。由于一般的仿真软件中不含有光探测器件的模型,对其性能的分析比较困难;而关于光电子器件的仿真软件如TCAD等侧重于器件的结构和工艺,很难和电路设计软件相兼容。本文针对高速PIN光探测器等效电路模型及模型参数的提取方法进行了研究,主要研究内容包括:1)介绍了 PIN光探测器的工作原理,给出了对光探测器性能起主要作用的参数,并介绍了 PIN光探测器建模的基本流程;2)对PIN光探测器小信号等效电路模型参数提取方法做进一步的改进,该方法将直接提取法与数值优化法相结合,通过直接提取法可确定部分参数的值,再通过优化法确定模型中其余参数的值;3)推导了小信号等效电路模型中参数提取的公式,通过1 GHz-40 GHz频段内S参数测量结果与模拟结果的对比,验证了该参数提取方法的正确性;4)研究了 PIN光探测器的电容模型与直流模型,并提取了模型中的主要参数;5)对PIN光探测器的双异质结构,从实际的测试结构及模型参数的提取方便性两个方面考虑,在原有的小信号等效电路模型上提出一种改进的等效电路模型,并对模型中相应的参数进行提取,通过模拟与测试数据的对比及原有模型及现在模型的模型误差的对比,证明了该等效电路模型是准确的。
[Abstract]:In recent years, optical fiber communication systems have developed very rapidly, especially in terms of speed and capacity, due to their low cost, large bandwidth, strong anti-jamming ability, high reliability, etc. The integration of photonic devices in circuits can reduce the parasitic effect of the system and improve its performance, especially in high-speed optical fiber systems. In order to improve the performance of the whole integrated circuit, it is necessary to accurately simulate the performance of the discrete devices that make up the integrated circuit. The photodetector is the main device to receive light in OEIC. It is very necessary to study its high speed and high sensitivity. Because the general simulation software does not contain the model of photodetector, it is difficult to analyze its performance. However, the simulation software of optoelectronic devices, such as TCAD, which focuses on the structure and process of the devices, is difficult to be compatible with the circuit design software. In this paper, the equivalent circuit model of high speed PIN photodetectors and the extraction method of model parameters are studied. The work principle of PIN photodetector is introduced, and the parameters that play an important role in the performance of photodetector are given. The basic flow chart of PIN photodetector modeling is introduced. (2) the method of extracting the parameters of PIN photodetector small signal equivalent circuit model is further improved. This method combines direct extraction method with numerical optimization method. The formula of parameter extraction in small signal equivalent circuit model is derived by direct extraction method and optimization method to determine the value of other parameters in the model. By comparing the S parameter measurement results in 1 GHz-40 GHz band with the simulation results, the correctness of the parameter extraction method is verified. (4) the capacitance model and DC model of the PIN photodetector are studied. The double heterostructure of the PIN photodetector is extracted from the main parameters of the model. The practical test structure and the convenience of extracting the model parameters are considered. An improved equivalent circuit model is proposed based on the original small-signal equivalent circuit model. The corresponding parameters are extracted from the model, and the model errors of the original model and the present model are compared by comparing the simulation data with the test data and the model error of the present model. It is proved that the equivalent circuit model is accurate.
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN929.11;TN36
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,本文编号:1595296
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