长脉冲激光辐照硅基apd光电探测器研究.pdf

学号： B120100004





博士学位(毕业)论文





长脉冲激光辐照硅基 APD 光电探测器研究







研究生姓名：王頔
学科、专业：物理学、光学



二○一八年五月
分类号： TN249 密 级：可公开
U D C： 编 号：





长脉冲激光辐照硅基 APD 光电探测器研究
RESEARCH ON LONG PULSE LASER DAMAGING ON
SILICON APD PHOTODETECTOR







学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）
学科专业名称及代码：光 学 （070207）
研 究 方 向：激光及其与物质相互作用 申请学位级别： 博 士
指 导 教 师： 金光勇 研究员 研 究 生： 王 頔
论文起止时间： —
摘 要
长脉冲激光辐照硅基 APD 探测器会出现光电转换、光热转换、热应力等现象，损
伤过程十分复杂。本文通过理论、仿真及实验的方式研究长脉冲激光辐照硅基 APD 探
测器的损伤过程、效果和规律，分析激光参数与损伤效果之间的关系，阐述长脉冲激
光辐照硅基 APD 探测器的损伤规律和机理。
对长脉冲激光辐照硅基 APD 探测器建立电学、热及热应力理论模型。在长脉冲激
光辐照硅基 APD 探测器的电学理论模型中，分别建立半导体模型、暗电流密度模型、
倍增因子模型和输出电流模型，实现对电场（耗尽层长度）、光生电流密度、复合率、
暗电流密度、倍增因子、输出电流的描述，其中输出电流模型，又可分为光生电流阶
段、导通阶段和恢复阶段的输出电流模型；基于能量守恒方程、传统热传导方程、热
弹性基本方程建立长脉冲激光辐照硅基 APD 探测器的热及热应力理论模型，模型中考
虑了激光热、焦耳热和复合热的共同作用，对温升曲线中的“小平台”现象给出了合理
的解释。
在理论模型的基础上，建立了长脉冲激光辐照硅基 APD 探测器的电学仿真模型、
热及热应力仿真模型。电学仿真模型计算得到电场随外置偏压和温度增加而增强；光
生电流密度随温度和光强的增加而增大；暗电流密度、倍增因子随温度增加而增加；
在激光辐照硅基 APD 探测器时，输出电流迅速升高到一峰值，后下降到一固定值，维
持一段时间后，下降到原值；在光生电