光電探測器仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
光電探測器仿真的實例教程
然而，與PIN光電二極管相比，UTC的能帶結構要求通常需要III-V材料來實現，這使得在與硅基光子系統集成時面臨額外的挑戰。
本例中光電探測器是基于集成在硅基光子系統上的InP/InGaAs混合波導光電二極管所設計的[2]。其包括100nm厚的InP鍵合/匹配層、250nm厚的GaAs吸收體和700nm厚的In P本征收集層。材料堆疊和相關的帶結構如下圖所示。測量了長度為25um、50um和150um的光電探測器[2]。
光學設計
使用FDTD求解器，計算出不同結構參數下光電探測器中的光場變化（主要以電場E的形式表示）。
光電探測器樣光傳播方向（Y）的截面
監視器1中的光場分布（YZ方向）
在得到光場后，軟件內置的分析腳本將自動的計算出光產生速率，同時會根據光生成率在光傳播方向（y）上的平均值生成一個文件，此文件將在CHARGE中用于電學仿真。
光生成速率的平均值示意圖
產生速率分析還基于輸入功率和器件體積來計算光電探測器的響應度。因此調整光電探測器的（Y方向）的長度，可以初步觀察到響應度的變化。
電學設計與光電響應
穩態：暗電流和響應
文獻中[2]測量到的暗電流小于10nA。為了模擬光電探測器的穩態特性，我們將FDTD中計算出的長度為50μm的光電探測器的光學生成率導入到CHARGE電學仿真當中，將偏置從-5V掃到1.5V，進行暗電流模擬和響應模擬。從光電流響應來看，響應度為1.07A/W，表明復合損耗可忽略不計。
展開 綜述
在本例中，我們將研究混合硅基光電探測器的各項性能。單行載流子（uni-traveling carrier，UTC）光電探測器（PD）由InP/InGaAs制成，其通過漸變耦合的方式與硅波導相連。在本次仿真中，FDTD模塊將分析光電探測器的光學響應，CHARGE模塊將分析器件的電學特性。
背景
光電探測器的主要作用是將光信號轉換為電信號，以解碼出加載到光信道上編碼的信息。因此我們可以使用Lumerical的光學和電學求解器對此類器件進行精確模擬和優化。首先采用時域有限差分（FDTD）方法模擬了光電探測器的光學特性，計算光學吸收功率可以得出電子-空穴對的局部產生率。然后，將光學仿真求得的電子空穴對產生速率導入電學仿真（CHARGE）中用于求解的連續性方程。
對于高速光電二極管，通過將吸收層與收集層解耦，可以使用單行載流子（UTC）設計來優化渡越時間響應[1]。在傳統的PIN結構中，載流子是在本征區中光生的，在本征區中，強場將載流子分離以產生光電流。載流子的速度通常是有限的，并且在大多數常見的材料（如鍺）中空穴比電子慢，這會導致延遲和不對稱響應。通過結合窄帶隙和寬帶隙半導體，可以隔離單個載流子類型（通常是電子），使得器件的光響應僅取決于這些載流子的傳輸。然而，與PIN光電二極管相比，UTC的能帶結構要求通常需要III-V材料來實現，這使得在與硅基光子系統集成時面臨額外的挑戰。
本例中光電探測器是基于集成在硅基光子系統上的InP/InGaAs混合波導光電二極管所設計的[2]。其包括100nm厚的InP鍵合/匹配層、250nm厚的GaAs吸收體和700nm厚的In P本征收集層。材料堆疊和相關的帶結構如下圖所示。測量了長度為25um、50um和150um的光電探測器[2]。
展開 </p><p><img src="https://img.jishulink.com/202206/imgs/80019830f9304a1799118885f068db17.gif" alt="Untitled.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 電磁場仿真結果</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202206/imgs/47ce638fc01b4bf3972ae6a3aec043ea.png" alt="Untitled2.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖2 吸收率隨波長變化曲線</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作</p><p><br></p><p><br></p>
展開 該光電探測器非常適用于窄帶光譜選擇光電探測器等實際應用。基于離子合成納米晶體的器件設計也有助于實現可見盲光電探測器。
最后推薦一款可以應用在燃弧紫外線檢測中的紫外線探測器，由工采網從國外引進的高質量紫外光電探測器 - TOCON_ABC1,該探測器基于碳化硅的寬頻紫外光電探測器，帶有集成放大器。TOCON是5伏供電的紫外光電探測器，帶有的集成放大器使紫外輻射轉化成0~5V電壓輸出。TOCON的輸出電壓引腳可以直接連接到控制器，電壓計或其他帶有電壓輸入的數據分析裝置。高度現代化的電子元件和帶有紫外玻璃窗的密封金屬外殼可消除封裝內寄生電阻路徑導致的噪聲或電磁干擾。對各個工業紫外傳感應用來說，TOCON 是完美的解決方案，從pW/cm2水平的火焰檢測到W/cm2水平的紫外固化燈控制。十種不同的TOCONs覆蓋了這13個數量級范圍，它們的靈敏度有所不同。TOCONs生產為紫外寬頻傳感器或帶有過濾器進行選擇性測量。
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綜述
在本例中，我們將研究混合硅基光電探測器的各項性能。單行載流子（uni-traveling carrier，UTC）光電探測器（PD）由InP/InGaAs制成，其通過漸變耦合的方式與硅波導相連。在本次仿真中，FDTD模塊將分析光電探測器的光學響應，CHARGE模塊將分析器件的電學特性。
背景
光電探測器的主要作用是將光信號轉換為電信號，以解碼出加載到光信道上編碼的信息
綜述
在本例中，我們將研究混合硅基光電探測器的各項性能。單行載流子（uni-traveling carrier，UTC）光電探測器
<p>本案例設計了一雙層石墨烯/砷化鎵光柵結構，基于COMSOL軟件的半導體及相關模塊，模擬了石墨烯和砷化鎵之間的載流子分離和轉移異質結區域產生的電磁場分布，如圖1所示，并進一步分析得到不同波長下的吸收率曲線，如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202206/imgs/80019830f9304a1799118885f068db17.gif
石墨烯等二維材料一直是眾多科學發現的主要關注點。然而，過渡金屬單硫屬元素化物（如IV族單硫屬元素化物（MX，M = Sn，Ge，Pb等，X = S，Se））的巨大潛力仍相對未開發。這些材料的理論研究已經揭示了其量子極限的特殊電子和光電性能，但由于無法獲得大的長寬比，因此尚未受到實驗性推力。而原子層面的輕薄材料盡管具有引人入勝的性能，但仍面臨著不斷的挑戰。單硫化錫（SnS）是一種低成本，自然豐富的層狀材料
燃弧時間分為一極燃弧時間和三極開關燃弧時間。一極燃弧時間指從一極中起弧瞬間到該極中電弧最終熄火瞬間的時間間隔，三極開關燃弧時間指從某極中首先起弧瞬間到各極均熄弧瞬間的時間間隔。
按技術標準規定的試驗條件確定的用以表征高壓開關設備工作能力的一組特性數據。主要有額定短路開斷電流、瞬態恢復電壓、工頻恢復電壓、峰值耐受電流、額定短路持續時間、燃弧時間等。準確測量斷路器燃弧時間的關鍵是確定電弧的起弧時刻
