[發(fā)明專利]一種單光子雪崩二極管性能參數(shù)的計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210071445.3
• 申請(qǐng)日: 2022-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN114492278A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何蕤;蘭瀟健;劉超暉;馬四光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 季華實(shí)驗(yàn)室
• 主分類號(hào): G06F30/367
• 分類號(hào): G06F30/367;G06F111/08;G06F111/10
• 代理公司: 北京開陽星知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11710
• 代理人: 李晶

本申請(qǐng)涉及一種單光子雪崩二極管性能參數(shù)的計(jì)算方法，該方法包括：建立單光子雪崩二極管仿真模型進(jìn)行仿真計(jì)算；基于所述仿真計(jì)算的結(jié)果，得出沿著所述單光子雪崩二極管長(zhǎng)度方向上不同位置的性能參數(shù)值；所述性能參數(shù)值包括光子探測(cè)效率和/或暗計(jì)數(shù)；對(duì)所述單光子雪崩二極管不同位置的所述性能參數(shù)值進(jìn)行線積分計(jì)算；確定線積分計(jì)算結(jié)果為所述單光子雪崩二極管的性能參數(shù)值。本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N單光子雪崩二極管性能參數(shù)的計(jì)算方法，能夠更好的反映SPAD橫向不同長(zhǎng)度部位的光子探測(cè)效率和/或暗計(jì)數(shù)的分布，并且能夠獲得符合實(shí)際的光子探測(cè)效率和/或暗計(jì)數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及光電探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單光子雪崩二極管性能參數(shù)的計(jì)算方法。

背景技術(shù)

單光子雪崩二極管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)是一種工作在蓋革模式(工作電壓大于擊穿電壓)下的雪崩光電二極管。因其具有探測(cè)效率高、功耗低、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在光譜學(xué)量子通信與三維成像等領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。SPAD工作原理是在蓋革模式下，當(dāng)SPAD吸收光子時(shí)，在雪崩區(qū)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，并在強(qiáng)電場(chǎng)作用下發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，形成雪崩電流。

SPAD的關(guān)鍵參數(shù)包括：光子探測(cè)效率(Photon Detection Efficiency，PDE)和暗計(jì)數(shù)(Dark Count Rate,DCR)等。PDE是SPAD最重要的特性，用來衡量SPAD探測(cè)光功率的能力。光子探測(cè)效率定義為探測(cè)到的光子數(shù)與入射光子數(shù)的比值。DCR是影響SPAD性能的最重要因素，也是影響SPAD探測(cè)效率的主要原因，暗計(jì)數(shù)定義為由非光子信號(hào)觸發(fā)雪崩引起的計(jì)數(shù)。在計(jì)算以上兩種關(guān)鍵參數(shù)時(shí)，傳統(tǒng)的方法均是在半導(dǎo)體工藝和器件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Technology Computer Aided Design，TCAD)仿真計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，先導(dǎo)出P/N結(jié)中的中心位置直線上的雪崩觸發(fā)概率，然后根據(jù)該雪崩觸發(fā)概率計(jì)算出P/N結(jié)中心位置的光子探測(cè)效率或者暗計(jì)數(shù)，該P(yáng)/N結(jié)中心位置的光子探測(cè)效率或者暗計(jì)數(shù)為整個(gè)SPAD的光子探測(cè)效率或者暗計(jì)數(shù)。

然而對(duì)于非均勻平面的SPAD，由于其帶有陷光結(jié)構(gòu)導(dǎo)致PN節(jié)附近的摻雜濃度不均勻，這會(huì)直接影響雪崩區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，從而影響不同位置處的雪崩觸發(fā)概率。這將會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)的一維線積分計(jì)算PDE的方法應(yīng)用于該類結(jié)構(gòu)時(shí)存在以下兩點(diǎn)不足：(1)僅用中心位置的PDE來代表整個(gè)SPAD的PDE存在偏差；(2)無法反映出SPAD橫向不同部位的PDE分布。因此，迫切需要一種能夠更加真實(shí)地反映出這種陷光結(jié)構(gòu)的SPAD(同時(shí)適用于曲面結(jié)構(gòu)以及其他非均勻平面的SPAD結(jié)構(gòu))的PDE計(jì)算方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題或者至少部分地解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N單光子雪崩二極管性能參數(shù)的計(jì)算方法，該方法包括：

建立單光子雪崩二極管仿真模型進(jìn)行仿真計(jì)算；

基于所述仿真計(jì)算的結(jié)果，得出沿著所述單光子雪崩二極管長(zhǎng)度方向上不同位置的性能參數(shù)值；

所述性能參數(shù)值包括光子探測(cè)效率和/或暗計(jì)數(shù)；

對(duì)所述單光子雪崩二極管不同位置的所述性能參數(shù)值進(jìn)行線積分計(jì)算；

確定線積分計(jì)算結(jié)果為所述單光子雪崩二極管的性能參數(shù)值。

優(yōu)選地，所述基于所述仿真計(jì)算的結(jié)果，得出沿著所述單光子雪崩二極管長(zhǎng)度方向上不同位置的性能參數(shù)值，包括：

基于所述仿真計(jì)算的結(jié)果，獲取沿著所述單光子雪崩二極管長(zhǎng)度方向上，在同一位置處不同高度對(duì)應(yīng)的雪崩觸發(fā)概率數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述雪崩觸發(fā)概率數(shù)據(jù)，確定所述單光子雪崩二極管在對(duì)應(yīng)位置的性能參數(shù)值。

優(yōu)選地，所述基于所述仿真計(jì)算的結(jié)果，獲取沿著所述單光子雪崩二極管長(zhǎng)度方向上，在同一位置處不同高度對(duì)應(yīng)的雪崩觸發(fā)概率數(shù)據(jù)，包括：