27906

طراحي، مشخصه‌يابي و بهينه‌سازي آشكارساز بهمني تك‌فوتون مبتني بر InP/InGaAs

كارشناسي ارشد

فوتونيك

1399

1401/11/19

دكتر بيژن غفاري - دكتر شهاب نوروزيان علم

فيزيك

در يك آشكارساز بهمني تك‌فوتون، مشخصات مواد سازنده، ساختار افزاره، شكل هندسي و فرامواد به كاربرده شده به شدت بر روي مشخصه هاي اصلي اعم از كارايي تشخيص فوتون، نرخ شمارش تاريك، پس پالس و زمان لرزش تاثير¬گذار هستند. يك فوتوديود بهمني و يك فوتوديود بهمني تك‌فوتون از لحاظ تعداد و ترتيب لايه هاي سازنده تفاوت اساسي ندارند ولي تغيير ضخامت و مشخصه هاي نوري-فيزيكي اين لايه ها منجر به پيدايش ما بهلتفاوت اصلي بين اين دو افزاره خواهد‌شد. در اين پايان‌نامه ميزان ناخالصي و ضخامت لايه هاي جذب و تكثير آشكارساز بهمني تك‌فوتون InP/InGaAs در يك بازه مشخص جاروب شده و تغييرات مشخصه هاي افزاره به صورت عددي با استفاده از نرم‌افزار سيلواكو استخراج شدند. در وحله ي بعد يك بازتابگر براگ توزيعي و يك ميكرولنز به ساختار افزاره اضافه شده و كارايي تشخيص فوتون سنجيده شد. منحني بازتاب-طول‌موج بازتابنده ي براگ توزيعي با استفاده از نرم‌افزار كامسول استخراج گرديد. يافته هاي حاكي از آنند كه يك همبستگي بين مشخصه هاي افزاره، ميزان ناخالصي لايه ها و ضخامت لايه ها وجود دارد. علاوه بر اين، با اضافه شدن بازتابنده ي براگ و ميكرولنز به افزاره، ميزان كارايي تشخيص فوتون به ميزان قابل ملاحظه‌اي افزايش مي‌يابد.

1401/11/27

Design, Simulation and Optimization of an InP/InGaAs SPAD

2/8/2024 12:00:00 AM

In a single-photon avalanche detector, the characteristics of the manufacturing materials, device structure, geometric shape and metamaterials used in the device structure strongly affect the main characteristics, including photon detection efficiency, dark count rate, after pulse and vibration time. An avalanche photodiode and a single-photon avalanche photodiode are not fundamentally different in terms of the number and arrangement of the constituent layers, but the change in the thickness and optical-physical characteristics of these layers will lead to the main difference between these two devices. In this thesis, the amount of impurity and the thickness of the absorption and propagation layers of the InP/InGaAs single photon avalanche detector were scanned in a specific interval and the changes of the device characteristics were extracted numerically using Silvaco software. In the next step, a one-dimensional photonic crystal and a microlens were added to the structure of the device and the photon detection efficiency was measured. The reflectivity-wavelength curve of the Bragg reflector was extracted using Comsol software. The findings indicate that there is a correlation between the characteristics of the device, the impurity level of the layers and the thickness of the layers. In addition, by adding a Bragg reflector and microlens to the device, the efficiency of photon detection increases significantly.

فوتوديود بهمني تك فوتون , شبيه سازي , سيلواكو , كامسول

Single Photon Avalanche Photodiode , Simulation , Silvaco TCAD , Comsol Multiphysics

Ramin Eskandani

Bijan Ghafary - Shahab Norouzian Alam