عنوان صفحهفصل اول: مقدمه2فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده172-1مروری بر تحقیقات انجام شدهآشکارسازها172-1-1مدلسازی مداری آشکارساز نوری بهمنی PIN-APD172-1-2 مدل مداری232-1-3 نتایج شبیه سازی242-2 مدل سازی مداری ساختار SAGCM-APD262-2 -1 مدل فیزیکی262-2-2 مدل مداری292-2-3 نتایج شبیه سازی352-3 آنالیز و مدلسازی WG-SACM-APD382-3-1 پاسخ زمانی آشکارساز392-3-2 پاسخ فرکانسی آشکارساز452-3-3 مدل مداری WG-SACM-APD462-3-4 اثرات پارازیتی502-3-5 پهنای باند532-4 مدلسازی و بهینه سازی آشکارساز RCE-SAGCM-APD582-4-1 مقدمه582-4-2میدان الکتریکی602-4-3 مدلسازی632-4-4 پهنای باند712-4-5اثر اندوکتانس74فصل سوم: مدلسازی مداری آشکارساز نوری بهمنی با ساختار موجبری793-1 مقدمه793-2 پاسخ زمانی آشکارساز813-3 پاسخ فرکانسی آشکارساز843-4 مدل فیزیکی853-5 اثرات پارازیتی863-6 مدل مداری883-7 پهنای باند101فصل چهارم: جمع بندی و پیشنهادات1054-1 جمع بندی1064-2 پیشنهاد کار برای آینده107فهرست منابع108چکیده به زبان انگلیسی113فهرست جدولها عنوان و شماره صفحهجدول(2-1). مقادیر عددی ضرائب یونیزاسیون برای برخی نیمه هادی های III-V22جدول(2-2).امپدانس عناصر پسیو31جدول(2-3)پارامترهای شبیه سازی در مدل مداری35جدول(2-4)نوع مواد و ضخامت لایه های مختلف آشکارساز WG-SACM-APD48جدول(2-5)پارامترهایWG-SACM-APD49جدول(2-6) مواد و مقادیر پارامترهای مداری و فیزیکی RCE-SAGCM-APD61جدول(3-1).امپدانس عناصر پسیو90فهرست شکلها عنوان صفحهشکل(1-1). شمای کلی یک سیستم مخابرات نوری3شکل(1-2). ساختار یک آشکارساز SAM7شکل (1-3). ساختار آشکار ساز SAGM8شکل(1-4). ساختار آشکار ساز SACM 8شکل (1-5). ساختار آشکار ساز SAGCM9 شکل (1-6). ساختار آشکار ساز SACM-APD.10شکل (2-1) ساختار آشکار سازPIN-APD18شکل(2-2).مدل مداری آشکارساز PIN23 شکل (2-3) جریان نوری خروجی بر حسب بایاس معکوس برای توان نور ورودی مختلف.25شکل(2-4) بازده کوانتومی بر حسب ولتاژ ورودی25شکل (2-5) پاسخ ضربه بر حسب ولتاژ های بایاس مختلف26 شکل (2-6) ساختار SAGCM-APD با تابش نور از بالا.27شکل(2-7). بلوک دیاگرام زیر سیستم ها.30 شکل (2-8) بلوک های زیر مداری نمونه.32شکل(2-9).مدار معادل آشکارساز SAGCM-APD.34شکل (2-10) مشخصه گین پهنای باندInAlAs/InGaAsدر مقایسه با نتایج تجربی36شکل(2-11) مشخصه گین پهنای باند با نواحی جذب مختلف.37شکل(2-12) مشخصه گین- پهنای باند InP/InGaAsدر مقایسه با نتایج تجربی37شکل (2-13) ساختار یکSACM-APD39شکل(2-14). مدار معادل WG-SACM-APD47شکل (2-15) مقایسه این مدل و نتایج تجربی48شکل (2-16) تابع تبدیل آشکارساز49شکل(2-17). پاسخ WG-APD برای سطح مقطع و اندوکتانس سری مختلف52 شکل (2-18) مشخصه گین پهنای باند WG-SACM-APD54شکل (2-19) پهنای باند بر حسب ضخامت های مختلف لایه تکثیر آشکارساز برای ضخامت های لایه جذب و گین 10.55شکل (2-20)خصوصیات GBW برای آشکارساز WG-SACM-APD57شکل (2-21) ساختار RCE-SAGCM-APD59شکل (2-22) میدان الکتریکی برای آلاینده های مختلف در لایه شارژ در بایاس معکوس a) 10vb) 20v63شکل (2-23)a) مدل spice آشکارساز RCE-APDb) نمایش spice مدل66شکل (2-24) a) مقایسه بین مدل spice و نتایج تجربی b) تابع تبدیل آشکارساز69شکل (2-25) a) مقایسه بین مدل spice و نتایج تجربی b) تابع تبدیل آشکارساز70 شکل (2-26) مشخصه گین پهنای باند برای ضخامت های مختلف لایه جذب و سطح مقطع200μm2.73شکل (2-27) مشخصه گین پهنای باند برای مقادیر مختلف سطح مقطع آشکارساز برایxa=35nmوxd=80nm74شکل (2-28)a و b) مشخصه گین پهنای باند برای سطوح مختلف آشکارساز یا اندوکتاس 0.2nH75شکل (2-28)c) مشخصه گین پهنای باند برای سطوح مختلف آشکارساز یا اندوکتاس 0.2nH76شکل (2-29)aو b) مشخصه گین پهنای باند برای سطوح مختلف آشکارساز با اندوکتانس 0.2nH77شکل (2-29)c) مشخصه گین پهنای باند برای سطوح مختلف آشکارساز با اندوکتانس 0.2nH78شکل(3-1).ساختار آشکارساز WG-SACM-APD81شکل (3-2) مدل مداری و اثرات پارازیتی WG-APD86شکل(3-3).بلوک دیاگرام زیر سیستم ها89 شکل (3-4) بلوک های زیر مداری نمونه.91 شکل (3-5) مدار معادل الکترون اولیه.94 شکل (3-6) مدار معادل حفره های اولیه95 شکل (3-7) مدار معادل الکترون ثانویه95شکل (3-8) مدار معادل حفره ثانویه96شکل(3-9) مدل مداری آشکارساز WG-SACM-APD97شکل(3-10).پاسخخ فرکانسی آشکارساز100شکل (3-11) پهنای باند آشکارساز101 شکل (3-12) مشخصه گین-پهنای باند WG-SACM-APD برای Rl=50Ω و Ls=0 برای xa از 50 تا 250nm102 شکل(3-13) پهنای باند بر حسب ضخامت لایه تکثیر برای xa های مختلف و گین 10 و سطح 100μm2.1041-1- مقدمهبا پیشرفت تکنولوژی، سیستم های مخابرات نوری از اهمیت ویژه ای برخوردار شده است. سرعت و کیفیت مطلوب انتقال از مهمترین ویژگی های مخابرات نوری می باشد. عواملی از جمله تضعیف زیاد سیگنال در سیستم های بدون سیم یا با سیم مسی و محدودیت ظرفیت انتقال این سیستمها، در کنار عواملی چون مصونیت فیبر های نوری از لحاظ تداخل و کیفیت مطلوب سیگنال باعث سوق به سیستم های مخابرات نوری شده است. آشکار ساز های نوری از آن جهت که اولین بخش گیرنده را تشکیل می دهند دارای اهمیت ویژه ای هستند و از میان آن ها آشکار ساز های APD به علت گین بالا تر مورد توجه بیشتری قرار گرفتند. آشکار ساز[1] (WG-SACM-APD) از آن جهت که نور از کنار لایه جذب [2] به آن می تابد دارای سرعت بالاتر و پهنای باند بیشتر است]1-2[. 1-2- تشریح و بیان مساله 1-2-1- آشکار ساز نوریسیستم مخابرات نوری عبارت است از هر فرم انتقال اطلاعات که در آن نور حامل انتقال داده باشد، کانال چنین ارتباطی می تواند فضای آزاد یا فیبر نوری باشد و از سه بخش اصلی فرستنده، خط انتقال و گیرنده تشکیل شده است. در شکل زیر ساختار یک سیستم مخابرات نوری دیده می شود.شکل (1-1). شمای کلی یک سیستم مخابرات نوری]1[آشکار ساز نوری اولین بخش در گیرنده سیستم های مخابرات نوری است که وظیفه آن دریافت اطلاعات ارسالی از طریق فیبر نوری و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی می باشد. یک آشکار ساز نوری برای عملکرد مطلوب در سیستم گیرنده باید دارای قابلیت اطمینان بالا، پاسخدهی سریع یا حساسیت زیاد در محدوده طول موج گسیل شده از منبع نوری ، نویز کم و پهنای باند کافی برای سرعت مطلوب انتقال اطلاعات باشد.به علاوه در کاربردهایی که لازم است سیگنال نوری با سطوح پایین انرژی آشکار شود نیاز به یک آشکار ساز با حساسیت بالا می باشد.
مدلسازی مداری و تحلیل آشکار ساز نوری بهمنی با ساختار موجبری و نواحی جذب، بار و تکثیر مجزا (WG-SACM-APD)
عنوان صفحهفصل اول: مقدمه2فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده172-1مروری بر تحقیقات انجام شدهآشکارسازها172-1-1مدلسازی مداری آشکارساز نوری بهمنی PIN-APD172-1-2 مدل مداری232-1-3 نتایج شبیه سازی242-2 مدل سازی مداری ساختار SAGCM-APD262-2 -1 مدل فیزیکی262-2-2 مدل مداری292-2-3 نتایج شبیه سازی352-3 آنالیز و مدلسازی WG-SACM-APD382-3-1 پاسخ زمانی آشکارساز392-3-2 پاسخ فرکانسی آشکارساز452-3-3 مدل مداری WG-SACM-APD462-3-4 اثرات پارازیتی502-3-5 پهنای باند532-4 مدلسازی و بهینه سازی آشکارساز RCE-SAGCM-APD582-4-1 مقدمه582-4-2میدان الکتریکی602-4-3 مدلسازی632-4-4 پهنای باند712-4-5اثر اندوکتانس74فصل سوم: مدلسازی مداری آشکارساز نوری بهمنی با ساختار موجبری793-1 مقدمه793-2 پاسخ زمانی آشکارساز813-3 پاسخ فرکانسی آشکارساز843-4 مدل فیزیکی853-5 اثرات پارازیتی863-6 مدل مداری883-7 پهنای باند101فصل چهارم: جمع بندی و پیشنهادات1054-1 جمع بندی1064-2 پیشنهاد کار برای آینده107فهرست منابع108چکیده به زبان انگلیسی113فهرست جدولها عنوان و شماره صفحهجدول(2-1). مقادیر عددی ضرائب یونیزاسیون برای برخی نیمه هادی های III-V22جدول(2-2).امپدانس عناصر پسیو31جدول(2-3)پارامترهای شبیه سازی در مدل مداری35جدول(2-4)نوع مواد و ضخامت لایه های مختلف آشکارساز WG-SACM-APD48جدول(2-5)پارامترهایWG-SACM-APD49جدول(2-6) مواد و مقادیر پارامترهای مداری و فیزیکی RCE-SAGCM-APD61جدول(3-1).امپدانس عناصر پسیو90فهرست شکلها عنوان صفحهشکل(1-1). شمای کلی یک سیستم مخابرات نوری3شکل(1-2). ساختار یک آشکارساز SAM7شکل (1-3). ساختار آشکار ساز SAGM8شکل(1-4). ساختار آشکار ساز SACM 8شکل (1-5). ساختار آشکار ساز SAGCM9 شکل (1-6). ساختار آشکار ساز SACM-APD.10شکل (2-1) ساختار آشکار سازPIN-APD18شکل(2-2).مدل مداری آشکارساز PIN23 شکل (2-3) جریان نوری خروجی بر حسب بایاس معکوس برای توان نور ورودی مختلف.25شکل(2-4) بازده کوانتومی بر حسب ولتاژ ورودی25شکل (2-5) پاسخ ضربه بر حسب ولتاژ های بایاس مختلف26 شکل (2-6) ساختار SAGCM-APD با تابش نور از بالا.27شکل(2-7). بلوک دیاگرام زیر سیستم ها.30 شکل (2-8) بلوک های زیر مداری نمونه.32شکل(2-9).مدار معادل آشکارساز SAGCM-APD.34شکل (2-10) مشخصه گین پهنای باندInAlAs/InGaAsدر مقایسه با نتایج تجربی36شکل(2-11) مشخصه گین پهنای باند با نواحی جذب مختلف.37شکل(2-12) مشخصه گین- پهنای باند InP/InGaAsدر مقایسه با نتایج تجربی37شکل (2-13) ساختار یکSACM-APD39شکل(2-14). مدار معادل WG-SACM-APD47شکل (2-15) مقایسه این مدل و نتایج تجربی48شکل (2-16) تابع تبدیل آشکارساز49شکل(2-17). پاسخ WG-APD برای سطح مقطع و اندوکتانس سری مختلف52 شکل (2-18) مشخصه گین پهنای باند WG-SACM-APD54شکل (2-19) پهنای باند بر حسب ضخامت های مختلف لایه تکثیر آشکارساز برای ضخامت های لایه جذب و گین 10.55شکل (2-20)خصوصیات GBW برای آشکارساز WG-SACM-APD57شکل (2-21) ساختار RCE-SAGCM-APD59شکل (2-22) میدان الکتریکی برای آلاینده های مختلف در لایه شارژ در بایاس معکوس a) 10vb) 20v63شکل (2-23)a) مدل spice آشکارساز RCE-APDb) نمایش spice مدل66شکل (2-24) a) مقایسه بین مدل spice و نتایج تجربی b) تابع تبدیل آشکارساز69شکل (2-25) a) مقایسه بین مدل spice و نتایج تجربی b) تابع تبدیل آشکارساز70 شکل (2-26) مشخصه گین پهنای باند برای ضخامت های مختلف لایه جذب و سطح مقطع200μm2.73شکل (2-27) مشخصه گین پهنای باند برای مقادیر مختلف سطح مقطع آشکارساز برایxa=35nmوxd=80nm74شکل (2-28)a و b) مشخصه گین پهنای باند برای سطوح مختلف آشکارساز یا اندوکتاس 0.2nH75شکل (2-28)c) مشخصه گین پهنای باند برای سطوح مختلف آشکارساز یا اندوکتاس 0.2nH76شکل (2-29)aو b) مشخصه گین پهنای باند برای سطوح مختلف آشکارساز با اندوکتانس 0.2nH77شکل (2-29)c) مشخصه گین پهنای باند برای سطوح مختلف آشکارساز با اندوکتانس 0.2nH78شکل(3-1).ساختار آشکارساز WG-SACM-APD81شکل (3-2) مدل مداری و اثرات پارازیتی WG-APD86شکل(3-3).بلوک دیاگرام زیر سیستم ها89 شکل (3-4) بلوک های زیر مداری نمونه.91 شکل (3-5) مدار معادل الکترون اولیه.94 شکل (3-6) مدار معادل حفره های اولیه95 شکل (3-7) مدار معادل الکترون ثانویه95شکل (3-8) مدار معادل حفره ثانویه96شکل(3-9) مدل مداری آشکارساز WG-SACM-APD97شکل(3-10).پاسخخ فرکانسی آشکارساز100شکل (3-11) پهنای باند آشکارساز101 شکل (3-12) مشخصه گین-پهنای باند WG-SACM-APD برای Rl=50Ω و Ls=0 برای xa از 50 تا 250nm102 شکل(3-13) پهنای باند بر حسب ضخامت لایه تکثیر برای xa های مختلف و گین 10 و سطح 100μm2.1041-1- مقدمهبا پیشرفت تکنولوژی، سیستم های مخابرات نوری از اهمیت ویژه ای برخوردار شده است. سرعت و کیفیت مطلوب انتقال از مهمترین ویژگی های مخابرات نوری می باشد. عواملی از جمله تضعیف زیاد سیگنال در سیستم های بدون سیم یا با سیم مسی و محدودیت ظرفیت انتقال این سیستمها، در کنار عواملی چون مصونیت فیبر های نوری از لحاظ تداخل و کیفیت مطلوب سیگنال باعث سوق به سیستم های مخابرات نوری شده است. آشکار ساز های نوری از آن جهت که اولین بخش گیرنده را تشکیل می دهند دارای اهمیت ویژه ای هستند و از میان آن ها آشکار ساز های APD به علت گین بالا تر مورد توجه بیشتری قرار گرفتند. آشکار ساز[1] (WG-SACM-APD) از آن جهت که نور از کنار لایه جذب [2] به آن می تابد دارای سرعت بالاتر و پهنای باند بیشتر است]1-2[. 1-2- تشریح و بیان مساله 1-2-1- آشکار ساز نوریسیستم مخابرات نوری عبارت است از هر فرم انتقال اطلاعات که در آن نور حامل انتقال داده باشد، کانال چنین ارتباطی می تواند فضای آزاد یا فیبر نوری باشد و از سه بخش اصلی فرستنده، خط انتقال و گیرنده تشکیل شده است. در شکل زیر ساختار یک سیستم مخابرات نوری دیده می شود.شکل (1-1). شمای کلی یک سیستم مخابرات نوری]1[آشکار ساز نوری اولین بخش در گیرنده سیستم های مخابرات نوری است که وظیفه آن دریافت اطلاعات ارسالی از طریق فیبر نوری و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی می باشد. یک آشکار ساز نوری برای عملکرد مطلوب در سیستم گیرنده باید دارای قابلیت اطمینان بالا، پاسخدهی سریع یا حساسیت زیاد در محدوده طول موج گسیل شده از منبع نوری ، نویز کم و پهنای باند کافی برای سرعت مطلوب انتقال اطلاعات باشد.به علاوه در کاربردهایی که لازم است سیگنال نوری با سطوح پایین انرژی آشکار شود نیاز به یک آشکار ساز با حساسیت بالا می باشد.