吴光宇论文读书笔记新.doc

用计算机模拟光电探测器性能参数的研究一、综述本课题国内外研究动态,说明选题的依据和意义早在 19 世纪末就已经开始研究半导体中的光电现象,后来砷光得池得到应用,这几乎比晶体管的发明早 80 年,但当时人们对于半导体还缺乏了解, 进展缓慢。 30 年代开始的对半导体基本物理特性(如能带结构、电子跃迁过程) 的研究, 特别是对半导体光学性质的研究为半导体光电子器件的发展奠定了物理基础。 1962 年。 . 霍尔和 . 内森研制成功注入型半导体激光器,解决了高效率的光信息载波源, 扩展了光电子学的应用范围, 光电子器件因而得到迅速发展。目前, 光电子器件的发展影响到社会诸多方面, 这些光电器件在工业自动控制、家用电器、少年科技模型和儿童玩具、现代通讯技术、报警以及医学和农业等诸方面均有极其广泛的应用。下一代光通讯系统的主要特征将是智能化、集成化、低成本和高可靠性。自半导体光电子器件研制成功后, 由于其具有输入阻抗高,噪声系数小,功耗低,稳定性好等优点,得到了迅猛发展,主导了集成电路和微芯片的命运,成为支撑 IT 技术进步的驱动力,并朝着更智能、更优化的方向发展。为了能充分发挥半导体光电子器件的优势和潜力, 对器件的结构优化及影响电学特性的因素进行充分和深入的研究, 无论在理论上还是在实践上都是有重要意义的。一、研究的基本内容,拟解决的主要问题半导体光电子器件大致分为两类: 一类是将电能转变为光能的发光器件; 一类是把光能转变为电能的光敏元器件。光电子器件应用具体可以分为三大类: 1,、发光二极管和激光器: 将电能转换成光辐射的电致发光器件。发光管的发散角大, 光谱范围宽, 寿命长, 可靠性高, 调制电路简单, 成本低, 广泛用于速率不太高、传输距离不太远的通讯系统,以及显示屏和自动控制等。激光器的光谱较窄、发散角小、方向性强、色散小,于 1962 年研制成功后,得到迅速发展,广泛用于大容量、长距离的光纤通信系统以及光电集成电路。缺点是温度性能差, 寿命比 LED 短。 2、光电探测器或光电接收器: 通过电子过程探测光信号的器件。即将射到它表面的光信号转换成电信号,如 PIN 光电二极管和雪崩光电二极管( APD )等,目前广泛应用于光纤通信系统。 3 、太阳电池。将光辐射能转换成电能的器件。 1954 年应用硅 PN 结首先研制成太阳电池。它能把阳光以高效率直接转化成电能,以低运行成本提供永久性的电力, 并且没有污染,为最清洁的能源。根据其结构不同,其效率可达 5%~20% 。随着技术的增长, 半导体光电子器件在材料生长、器件工艺、设计制造等方面都有很大的发展。在器件开发中, 一是优化和设计半导体的生产工艺, 二是设计新的器件,研究器件性能的因素。利用 SILVACO 公司的工艺模拟模块和器件仿真模块, 模拟半导体光电子器件的工艺过程,以得到不同工艺参数下器件的电学性能。通过对结果与理论模型的比较, 从工程设计上去研究光电子器件工艺和性能的关系,使其对工艺实践起到一定的参考作用。三、课题国内外现状光电子技术是继微电子技术之后近 30 年来迅猛发展的综合性高新技术。 1962 年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索,从 70 年代后期起,随着半导体光电子器件和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破, 光子技术与电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的信息光电子技术和产业。光电子技术是一个比较庞大的体系, 它包括信息传输, 如光纤通信、空间和海底光通信等; 信息处理, 如计算机光互连、光计算、光交换等; 信息获取, 如光学传感和遥感、光纤传感等; 信息存储, 如光盘、全息存储技术等; 信息显示, 如大屏幕平板显示、激光打印和印刷等。其中信息光电子技术是光电子学领域中最为活跃的分支。在信息技术发展过程中, 电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。采用光子作为信息的载体, 其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数量级以上, 加之光子的高度并行处理能力, 不存在电磁串扰和路径延迟等缺点, 使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点, 必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。半导体激光器特别是室温连续波工作的双异质结激光器出现后, 进入了光电子器件范畴, 其应用领域也从被动式应用时期进入主动式应用阶段。光通信是光电子学取得的第一个重大成就。光通信具有损耗低、容量大、保密性强和抗电磁干扰的优点, 因此它将成为社会生活不可缺少的重要部分。计算机中的相干光存储和激光读出技术是光电子器件另一重要应用。相干光全息存储技术可以提高计算机存储系统的容量。激光读出则可提高信息取出速度。双稳态光