光電探測器仿真的案例
Lumerical 單行載流子光電探測器仿真方法
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 Ansys Lumerical | 單行載流子光電探測器仿真方法
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]。
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</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 基于氧化銦納米晶體的紫外窄帶光電探測器
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。
紫外光電探測器TOCON-ABC1用于燃弧紫外檢測
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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展開 用于高性能光電探測器
通過演示在280至850 nm波長范圍內工作的寬帶光電探測器，可以闡明原子薄層SnS的非常吸引人的材料特性。與最先進的商用光電探測器相比，寬帶光電探測器獲得的品質指標顯示出超過三個數量級的響應度。即使在如此低的厚度下，原子薄SnS層的穩定性也是一個明顯的優勢。
因此，本工作為大面積合成代表性材料的超薄層提出了一條新途徑，而該超薄層通常無法使用常規方法以原子層面的尺度進行合成。這也為發現可能存在于其他層狀材料的量子極限處的獨特性質打開了新途徑。（文：SSC）
高溫下長效穩定服役的高性能SiC納米帶光電探測器
【引言】
隨著科技的不斷的發展，探索能在高溫等惡劣條件下穩定服役的光電探測器(PD)，是當前研究的挑戰之一。常規硅半導體基PD的工作溫度通常低于125℃，難以滿足上述應用。碳化硅(SiC)是第三代半導體，具有寬禁帶、高擊穿場強、高熱導率以及突出的穩定性，在研發高溫、高壓、高功率和高輻射等苛刻工作環境下服役的光電器件上，優勢顯著。此外，與傳統體材料相比，一維納米結構具有近完美的晶體結構、高比表面積以及與其尺寸相當的德拜長度，且其一維結構能夠強化其載流子輸運，有利于構筑具有高響應度、快速響應速度和高外量子效率(EQE)的PD。
【成果簡介】
近日，寧波工程學院楊為佑教授、北京科技大學侯新梅教授、復旦大學方曉生教授(共同通訊作者)等采用有機前驅體熱解工藝，合成了B摻雜3C-SiC納米帶，實現了以3C-SiC納米帶光電探測器(PD)的研發，相關成果在Adv. Funct. Mater.上發表了題為“High-Performance SiC Nanobelt Photodetectors with Long-Term Stability Against 300 °C up to 180 Days”的研究論文。該PD在405 nm光激發下，具有6.37×105 A·W-1的響應度和2.0×108%的外量子效率，探測率為6.86×1014 Jones。此外，B摻雜3C-SiC納米帶PD在300℃高溫下180天內，展現出良好的長效穩定性。
展開 . : CsPbBr3薄膜限域生長及其在高性能光電探測器中的應用
基于上述CsPbBr3薄膜的光電探測器在所有測試指標中均表現出色。特別的，實現了高達216 A·W-1的高響應度和超短響應時間(<5 μs)，相比所有CsPbBr3基光電探測器更好。還實現了7.55×1013檢測限以及-3 dB時帶寬3.1×105 Hz的記錄。該工作為高品質全無機鹵素鈣鈦礦多晶薄膜打開了大門，可將其擴展應用于更多光電器件，包括太陽能電池、光電極和射線探測器。
【圖文簡介】
圖1 CsPbBr3薄膜的制備及其形貌
a) CsPbBr3薄膜的傳統制備過程示意圖；
b) CsPbBr3薄膜的限域制備過程示意圖；
c) CsPbBr3 IO(inverse opal，反蛋白石)薄膜的大區域頂視SEM圖像。
圖2 傳統CsPbBr3薄膜和CsPbBr3 IO薄膜的結構、電子性能比較
a) XRD圖譜；
b) 室溫下、石英基底上的PL光譜；
c) 黑暗下以及442 nm激光照射下的對數I–V曲線；
d) 偏壓1 V時的靈敏度光譜。
圖3 前驅體比例調控對結構、光學及電子性質的影響
a) XRD圖譜；
b) PL衰減曲線，內插為PL光譜；
c) 石英基底上四種PbBr2:CsBr比例(0.8, 1.0, 1.2, 1.4)的CsPbBr3 IO薄膜的吸收光譜及相應的Urbach能(內插)；
d) CsPbBr3 IO薄膜缺陷態密度和載流子遷移率隨PbBr2:CsBr比例的變化。
展開 具有高外量子效率和寬光譜響應的有機-無機雜化錫基鈣鈦礦光電探測器
有機-無機雜化鈣鈦礦材料具有載流子遷移率高、擴散長度長、暗電流密度低、吸收邊緣鋒利等優點, 因而成為用于光電探測的理想材料. 但是, 相對較小的帶隙(1.6 eV)限制了這些材料在近紅外區的光子捕獲效率.
華南理工大學馬東閣課題組利用碘甲胺和鉛-錫二元鈣鈦礦作為探測器的光吸收層, 導電聚合物和富勒烯作為空穴和電子傳輸層, 銦錫氧化物和鋁作為陽極和陰極制備了光電探測器件. 文章近期發表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9377-3
圖1 有機-無機雜化錫基鈣鈦礦光電探測器的(a)結構，(b ,c)EQE譜，(d)光響應度
實驗結果表明, 當錫的含量達到30%時, 探測器的光譜響應拓寬到
1000?nm.
此外, 我們制備的探測器的光譜響應度達到
0.39?A/W,
歸一化探測率達到
7×10E12?Jones.
器件的外量子效率在350到900 nm范圍內, 均超過50%, 在550 nm處取得最大值, 超過80%.
Yang Y, Yang D, Ma D et al. Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9377-3
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Lumerical 表面浮雕光柵仿真設計
要查看如何在Speos中使用此JSON文件的范例，請參閱Zemax Lumerical Speos 聯合實現衍射光波導AR系統設計仿真。
參考文獻：
[1] Jonathan S. Maikisch and Thomas K. Gaylord, "Optimum parallel-face slanted surface-relief gratings," Appl. Opt. 46, 3674-3681 (2007)
翻譯：梅肯斯姆-李星
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翻譯：恒潤-李春連
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北京時間 2018 年 11 月 27 日凌晨，美國國家航空航天局（NASA）發射的無人探測器“洞察號”（InSight）成功抵達火星登陸點，并順利傳回首張照片，開始了歷史上首次探索火星內部的任務。
美國宇航局發起的這項“使用地震勘測、大地測量學和熱傳輸（InSight）進行內部探索”的任務，旨在研究火星的內部結構，包括地殼、地幔和核心。火星著陸器將負責收集溫度和熱流等表面數據，幫助科學家更深入地了解火星巖石的形成過程。這個項目大膽地將螺旋天線應用到了一個它從未涉足的地方：火星。在各種負責測量與傳輸信息的儀器中，著陸器配備有 UHF 螺旋天線，用于與軌道中繼航天器進行通信。
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螺旋式增長：越來越多的螺旋天線應用
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