空间高速InGaAsPIN光电二极管辐射损伤效应试验研究
PIN光电二极管综合实验
PIN光电二极管综合实验仪GCPIN-B实验指导书(V1.0)武汉光驰科技有限公司WUHAN GUANGCHI TECHNOLOGY CO.,LTD目录第一章 PIN光电二极管综合实验仪说明 ...................... - 3 -一、产品介绍 (3)二、实验仪说明 (3)1、电子电路部分结构分布............................... - 3 -2、光通路组件......................................... - 4 - 第二章实验指南.......................................... - 5 -一、实验目的 (5)二、实验内容 (5)三、实验仪器 (5)四、实验原理 (6)五、实验准备 (8)六、实验步骤 (8)1、PIN光电二极管暗电流测试 ........................... - 8 -2、PIN光电二极管光电流测试 ........................... - 9 -3、PIN光电二极管光照特性 ............................. - 9 -4、PIN光电二极管伏安特性 ............................ - 10 -5、PIN光电二极管时间响应特性测试 .................... - 10 -6、PIN光电二极管光谱特性测试 ........................ - 11 -第一章 PIN光电二极管综合实验仪说明一、产品介绍对于以高速响应为目标的光电二极管来说，未来减少p-n节的电容，在p与n之间设计一个i层的高阻抗层结构，即在n型硅片上制作一层低掺杂的高阻层，即i层（本征层）在该层上在形成p层。
其工作原理：来自p层外侧的入射光，主要由i层吸收，从而产生空穴和电子。
使用元件时要外加反向偏压，以使空穴朝p层移动，而电子朝n层移动，再由两电极流到外电路。
InGaAs_InPAPD探测器光电特性检测
将偏微分方程转化为可求解的线性代数方程组。
2.2 获得倍增因子M=1的 IP0 的方法 倍增因子定义为在完全相同的注入条件下，有
雪崩增益时通过器件的电流与无雪崩增益时通过器 件的电流之比。
在实际器件中，获得的最高直流倍增因子受串
联电阻的空间电荷效应限制，这些因素可以合并成
wi为权重，达到最小。使用Q→min为标准的拟合称 为最小二乘法。使用最小二乘原理处理非线性曲线
拟合，令权重wi=1，非线性曲线拟合的数学表达为： 已知一组数据{xi，yi}，i=1,2,…, n，满足已知方程形 式f(xi, bj)，j=1,2,…,m，求解{bj}，使其满足
n
∑ Q = [ yi − f (xi ,bj )]2 → min ，即求解 ∂Q / ∂bj = 0 。 i =1
=
I0 P0
+ ∆IP0
。
3 测量
本文研究了台面型InP/InGaAs APD静态光电特
性。该APD的光敏面直径为500 µm，光照下的电流
与电压关系曲线及无光照下的暗电流与电压关系曲
线如图1所示，将有光照与无光照时候相同偏压下的
电流值相减得到的电流即为光电流。图1还显示了倍
增因子与偏压的关系，其中，实线对应由实验测量
中图分类号 TN312+.7
文献标识码 A
Measurement of the Static Optoelectronic Characteristics of InGaAs/InP Avalanche Photodiode
XIAO Xue-fang1, YANG Guo-hua1, GUI qiang1, WANG Guo-hong1, MA Xiao-yu1, CHEN Chao2, and CHEN Liang-hui1
InGaAs短波红外探测器的光电机理
InGaAs短波红外探测器的光电机理邵海洋;邢怀中【摘要】利用ISE TCAD仿真软件,建立了铟镓砷(InGaAs)短波红外探测器表面漏电的二维模型.在背面照射方式下,模拟研究了InGaAs短波红外探测器的表面漏电对器件暗电流、总电流、量子效率和响应率的影响.研究结果表明,表面漏电会导致器件的暗电流和总电流增大,但响应率和量子效率会降低.由此可知,表面漏电是制约InGaAs短波红外探测器性能的重要影响因素,该研究结果为器件的设计与优化提供了理论依据.【期刊名称】《东华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(045)001【总页数】5页(P158-162)【关键词】表面漏电;InGaAs短波红外探测器;暗电流;响应率;量子效率【作者】邵海洋;邢怀中【作者单位】东华大学理学院,上海201620;东华大学理学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】O4741～3 μm短波红外波段的探测器在空间遥感、夜视、温度测量等领域具有重要的应用价值和前景[1]。
目前，该波段范围的探测器除了使用传统的碲镉汞和锑化物红外材料以外，铟镓砷(InGaAs)材料由于具有高吸收系数、高迁移率和高探测率，被认为是制作短波红外探测器的优良材料[2]。
InGaAs是由III-V族的材料磷化铟(InP)和砷化镓(GaAs)以任意配比形成的三元化合物，由于In0.53 Ga0.47As材料的禁带宽度(Eg)为0.75 eV，采用它制作的短波红外探测器截止波长约为1.7 μm，可以完全覆盖光纤通信常用的1.30和1.55 μm波长。
此外，InGaAs和InP可以做到完全晶格匹配，可以在InP的衬底上生长出质量很高的外延层，研制出高性能的器件。
国内外针对InGaAs短波红外探测器性能的研究已有不少报道。
国内研究主要分析了不同掺杂浓度[3]、不同吸收层厚度[4]以及缓冲层的改变[5]对InGaAs短波红外探测器的影响。
国外的研究报道中，文献[6]研究了不同入射方向的InGaAs短波红外探测器的电学特性，文献[7]研究了场效应对InGaAs基太赫兹辐射探测器的影响,文献[8]研究了不同的表面处理与钝化对InGaAs/InP异质结晶体管稳定性的影响。
pin管
② 频信号的衰减器和调制器： pin 结二极管的射频电阻随直流偏置电流而连续变化， 因此能够通过改变直 流偏 置电流来实现衰减和调制射频信号。 实际上， 射频信号的转换也就是衰减和调制的一 种 特殊情况。调制频率要受到反向恢复时间的限制；为了提高 pin 结二极管的调制频 率，就应 。 该减短 i 型层中的载流子寿命和减小串联电阻 Rs（以增大关断时的反向 电流） 。
pin 管原理及在光电探测中的应用
摘要： 本文简单介绍了 pin 光电二极管的原理特性及主要应用。 针对 pin 管和最重要——光 电探测， 进行了较为深入的理论分析， 并结合深圳市兴博科技有限公司生产的光电探测器的 具体参数阐述探测器原理。 关键词：pin 管，光电探测，响应速度。 引言：pin 管作为一个应用非常广的光电二极管，与雪崩二极管比较，具有响应频率高，响 应速度快，供电电压低，工作十分稳定的优点。对于其具体的原理特性，前人已经有了很多 的研究。本文主要针对其在光电探测上，结合具体的参数特性进行较为深入的理论分析。
3. PIN 管在光电探测中的应用研究：
3.1.硅pin光电探测器举例：
特点：
高响应度 高速率 低暗电流 小电容 平窗结构
应用：
光通信 工业自动化系统 光功率计 测距 可见光至近红外光领域的光探测
最大额定值：
工作温度（℃） 存储温度（℃） 正向电流（mA） 反向电流（µA）
-40～+85 -40～+85 10 1000
PIN 二极管与雪崩二极管比较: PIN 光电二极管响应频率高，可高达 10GHZ，响应速度快，供电电压低，工作十分稳 定。 雪崩二极管灵敏度高，响应快，但雪崩二极管需要上百伏的工作电压，而且性能和入射光功 率有关，当入射光功率大时，增益引起的噪声大，带来电流失真。
PIN光电二极管
PIN光电二极管1.工作原理在上述的光电二极管的PN结中间掺入一层浓度很低的N型半导体，就可以增大耗尽区的宽度，达到减小扩散运动的影响，提高响应速度的目的。
由于这一掺入层的掺杂浓度低，近乎本征（Intrinsic）半导体，故称I层，因此这种结构成为PIN光电二极管。
I层较厚，几乎占据了整个耗尽区。
绝大部分的入射光在I层内被吸收并产生大量的电子-空穴对。
在I 层两侧是掺杂浓度很高的P型和N型半导体，P层和N层很薄，吸收入射光的比例很小。
因而光产生电流中漂移分量占了主导地位，这就大大加快了响应速度。
通过插入I层，增大耗尽区宽度达到了减小扩散分量的目的，但是过大的耗尽区宽度将延长光生载流子在耗尽区内的漂移时间，反而导致响应变慢，因此耗尽区宽度要合理选择。
通过控制耗尽区的宽度可以改变PIN观点二极管的响应速度。
2.PIN光电二极管的主要特性(1)截止波长和吸收系数只有入射光子的能量•PIN型光电二极管也称PIN结二极管、PIN二极管，在两种半导体之间的PN结，或者半导体与金属之间的结的邻近区域，在P区与N区之间生成I型层，吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。
具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点。
目录•PIN型光电二极管的结构•PIN结的导电特性•PIN型光电二极管的主要参数•PIN型光电二极管的典型应用PIN型光电二极管的结构•pin结二极管的基本结构有两种，即平面的结构和台面的结构，如图1所示。
对于Si-pin133结二极管，其中i型层的载流子浓度很低（约为10cm数量级）电阻率很高、（约为k-cm数量级），厚度W一般较厚（在10～200m之间）；i型层两边的p 型和n型半导体的掺杂浓度通常很高（即为重掺杂）。
平面结构和台面结构的i型层都可以采用外延技术来制作，高掺杂的p+层可以采用热扩散或者离子注入技术来获得。
平面结构二极管可以方便地采用常规的平面工艺来制作。
而台面结构二极管还需要进行台面制作（通过腐蚀或者挖槽来实现）。
铟镓砷光电管
铟镓砷光电管
铟镓砷（InGaAs）光电管是一种特殊类型的光电探测器，广泛应用于光电子学领域。
InGaAs光电管通常用于探测红外光谱范围的光，其波长范围一般在800nm至1700nm之间，但也有一些特殊设计的产品可以覆盖更宽或更窄的光谱范围。
InGaAs光电管的工作原理基于光电效应，即当光照射在半导体材料上时，能够激发出电子-空穴对，从而产生光电流。
这种光电效应使得InGaAs光电管能够将光信号转换为电信号，从而实现对光的探测和测量。
InGaAs光电管具有许多优点，如高灵敏度、快速响应、低暗电流和低噪声等。
这使得它在许多领域都有广泛的应用，如光通信、光谱分析、红外成像和光探测等。
请注意，虽然InGaAs光电管在许多应用中表现出色，但它也有一些限制和缺点。
例如，它对某些特定波长的光可能不够敏感，或者在高温环境下性能可能会下降。
因此，在选择和使用InGaAs光电管时，需要根据具体的应用需求和条件进行综合考虑。
此外，InGaAs光电管还可以分为不同类型，如PIN光电二极管、
雪崩光电二极管（APD）等。
每种类型的光电管都有其独特的特点和适用场景，因此在选择时需要根据具体需求进行选择。
总的来说，铟镓砷光电管是一种重要的光电探测器件，具有广泛的应用前景和市场需求。
随着光电子学技术的不断发展，InGaAs光电管的性能和应用范围也将不断得到提升和拓展。
fpga中的空间辐射效应及加固技术
fpga中的空间辐射效应及加固技术随着FPGA制造技术的不断提升和应用范围的扩大，FPGA在很多领域都得到了广泛的应用。
然而，FPGA在高剂量辐射环境中所面临的问题也逐渐凸显，特别是宇航、核电等领域。
辐射影响会对硅片、封装材料等引起损害，干扰器件高速运转。
其中，空间辐射环境对FPGA的影响更为突出。
如何加固FPGA以提高其抗辐射能力，是当前研究热点。
一、空间辐射效应的原因空间辐射效应是由太阳辐射、地球电离层等天然辐射和宇宙线等高能离子辐射共同作用引起的。
这些辐射会使物质受到电离、激发、击碎等作用，对电子器件严重影响。
二、空间辐射对FPGA的影响1、空间辐射效应可产生静电放电，使FPGA内部电荷积累，电压降低，甚至出现电压反向，导致FPGA完全失效。
2、空间辐射效应可使FPGA内部发生单粒子反应（SEU），导致FPGA芯片内的信息存储单元的状态随机变化，从而导致控制逻辑失效、功能失效、板载软件崩溃等问题。
3、时间相关位错（TID）是指由于电子器件长时间在辐射环境下工作而引起的误码率增加的现象。
空间辐射效应可引起FPGA的逻辑门、寄存器等单元被电离，改变电路工作时钟，导致TID、延迟误差等问题。
三、FPGA抗辐射加固技术为提高FPGA抗辐射能力，采取以下措施：1、FPGA电路设计应充分考虑辐射环境，采用可靠的纠错码、容错设计、逻辑复杂度降低等策略降低FPGA的易损度。
2、FPGA硅片封装时应选择抗辐射性能好的载体材料，防止板卡封装材料在高剂量辐射环境下损坏，并采用光阴老化测试方法评估载体材料抗辐射性能。
3、采用硬件加固方法（如隔离层技术、标准单元和重复块等）提高FPGA抗辐射能力。
硬件隔离层技术是指将FPGA内的单元、通道和系统内部元素隔离开，以减小系统内部的电荷积累和电离效应；硬件重复块技术是将多个相同的FPGA硬件单元集成在一起，实现系统工作，并可以通过故障容错的方式实现系统可靠性提高。
四、结语FPGA在空间辐射下工作时，会受到辐射效应的影响，进而导致系统失效。
光检测器介绍(PIN、APD详细讲解)
20
A
2
负载均方热噪声电流为：
i
2 T
4 k BT RL
B
4 (1 . 38 10
23
J / K )( 293 K )
1k W
20 10 Hz 323 10
6
18
A
2
信噪比
S N
ip M
2
2
2
2 q ( I p I D ) M F ( M ) B 2 qI L B 4 k B TB / R L
光检测器介绍
主要内容
光电二极管的物理原理 光检测器噪声 检测器响应时间 雪崩倍增噪声 InGaAs APD结构 温度对雪崩增益的影响
光电检测器的要求
光电检测器能检测出入射在其上面的光功率，并完成光/ 电信号的转换。对光检测器的基本要求是：
- 在系统的工作波长上具有足够高的响应度，即对一定的入 射光功率，能够输出尽可能大的光电流； - 具有足够快的响应速度，能够适用于高速或宽带系统； - 具有尽可能低的噪声，以降低器件本身对信号的影响； - 具有良好的线性关系，以保证信号转换过程中的不失真； - 具有较小的体积、较长的工作寿命等。 目前常用的半导体光电检测器有两种：pin光电二极管和 APD雪崩光电二极管。
Ip /q Pin / hv
例
有一个InGaAs材料的光电二极管，在100ns的脉冲时段内 共入射了波长为1300nm的光子6×106 个，平均产生了 5.4× 106 个电子空隙对，则其量子效率可以等于：
5 . 4 10 6 10
6 6
90 %
在实际的应用中，检测器的量子效率一般在30%-95%之间。 一般增加量子效率的办法是增加耗尽区的厚度，使大部分的 入射光子可以被吸收。但是，耗尽区越宽，pin的响应速度就 越慢。因此二者构成一对折衷。
pin和apd介绍
PIN:positive-intrinsic-negative（P型半导体-杂质-N型半导体）APD:avalanche photodiode（雪崩二极管）饱和光功率又称饱和光功率即指最大负载。
指在一定的传输速率下，维持一定的误码率（10-10～10-12）时的光模块接收端最大可以探测到的输入光功率。
当光探测器在强光照射下会出现光电流饱和现象，当出现此现象后，探测器需要一定的时间恢复，此时接收灵敏度下降，接收到的信号有可能出现误判而造成误码现象，而且还非常容易损坏接收端探测器，在使用操作中应尽量避免超出其饱和光功率。
因此对于发射光功率大的光模块不加衰减回环测试会出现误码现象。
当APD输入光功率达到一定强度的时候，输出的光电流将趋于饱和。
随着温度的升高，APD的击穿电压V BR也随着上升，如果APD的工作电压（即高压）不变，APD的光电检测性能会变弱，灵敏度降低。
APD的倍增因子代表倍增后的光电流与首次光电流之比。
如图：由图可知，倍增因子M与反向偏置电压有关（反偏电压越大，斜率越大，M越大。
理论上反偏电压接近击穿电压时，M趋于无穷大。
），所以说他是可调的。
同时可以看到APD雪崩光电二极管还存在一个雪崩电压（击穿电压）V B。
当反偏电压大于击穿电压时，M会急剧增大处于雪崩状态。
但此时产生的倍增噪声会远远大于倍增效应带来的好处。
因此实际使用中，总是把反偏电压调到略小于雪崩电压的地方。
APD倍增因子M的计算公式很多，一个常用的公式为 M=1/1-(v/vB)n式中: n 是由P-N 结材料决定的常数; V B 为理想反向偏压; V 为反向偏压的增加值。
对于Si 材料,n =1. 5 ～ 4 ;对于Ge 材料n = 2. 5～8 。
由式中还可看出,当| V | →| V B | 时, M →∞, P-N结将发生雪崩击穿。
由公式可知，同样材料的APD管，同样偏置电压情况下，击穿电压越大，倍增因子越小。
三、光电检测器光电检测器是把光信号功率转换成电信号电流的器件。
PIN光电二极管综合实验
PIN光电二极管综合实验仪GCPIN-B实验指导书(V1.0)武汉光驰科技有限公司WUHAN GUANGCHI TECHNOLOGY CO.,LTD目录第一章 PIN光电二极管综合实验仪说明 ...................... - 3 -一、产品介绍 (3)二、实验仪说明 (3)1、电子电路部分结构分布............................... - 3 -2、光通路组件......................................... - 4 - 第二章实验指南.......................................... - 5 -一、实验目的 (5)二、实验内容 (5)三、实验仪器 (5)四、实验原理 (6)五、实验准备 (8)六、实验步骤 (8)1、PIN光电二极管暗电流测试 ........................... - 8 -2、PIN光电二极管光电流测试 ........................... - 9 -3、PIN光电二极管光照特性 ............................. - 9 -4、PIN光电二极管伏安特性 ............................ - 10 -5、PIN光电二极管时间响应特性测试 .................... - 10 -6、PIN光电二极管光谱特性测试 ........................ - 11 -第一章 PIN光电二极管综合实验仪说明一、产品介绍对于以高速响应为目标的光电二极管来说，未来减少p-n节的电容，在p与n之间设计一个i层的高阻抗层结构，即在n型硅片上制作一层低掺杂的高阻层，即i层（本征层）在该层上在形成p层。
其工作原理：来自p层外侧的入射光，主要由i层吸收，从而产生空穴和电子。
使用元件时要外加反向偏压，以使空穴朝p层移动，而电子朝n层移动，再由两电极流到外电路。
InGaAs探测器总剂量辐照性能试验分析
InGaAs探测器总剂量辐照性能试验分析∗张航;刘栋斌;李帅;孙振亚;王文全【摘要】According to environmental requirement of payload,the total dose irradiation is 2 krad( Si) when the orbit-al altitude is 700km and work period is 3 years. So the InGaAS detector of the Xenics company should have the a-bility of 10 krad( Si) resistant radiation. In order to study the characteristics of this InGaAs detector,irradiation test was conducted using a Cobalt60-γ with the total dose of 30 krad( Si) . Main parameters of the detector was studied before and after irradiation. After irradiation,the dark current increases and response of detector decreases with the irradiation dose increasement,which indicates that performance of the detector becomes worse with increasing irradi-ation dose. It is analyzed that the damage mechanisms of detector afterγirradiation,there results provide reference for the total dose resistant irradiation hardening in future.%针对Xenics公司的一款InGaAs探测器,根据载荷工作环境要求,轨道高度700km,在轨工作3年的总剂量辐射为2 krad( Si),技术指标要求探测器的抗总剂量辐射能力要在10 krad( Si)以上。
PIN光电二极管的噪声解析总结计划
目录1课程设计题目 (1)2课程设计目的 (1)3课程设计时间 (1)4课程设计环境 (1)5课程设计任务和要求 (2)6课程设计原理 (2)原理简介 (2)6.2 PIN 光电二极管简述 (3)设计原理 (5)7课程设计过程及调试、结果 (6)设计所用器件简介 (6)器件的参数设置 (8)设计布局图 (10)调试结果图 (10)调试结果剖析 .......................................................................................错误 !不决义书签。
8课程设计过程中碰到的问题、解决方法........................................错误 !不决义书签。
9课程设计领会 ..............................................................................................错误 !不决义书签。
参照文件 ...........................................................................................................错误 !不决义书签。
1课程设计题目PIN 光电二极管的噪声剖析2课程设计目的本课程为“光纤通信”必修课程的后续设计实践课程，主要供给学生在一种通用设计平台长进行光纤通信系统设计的系统训练，要修业生掌握一种光通信系统设计软件（如OptiSystem ）的使用，要修业生熟习基本知识、培育思想和表达能力及合作精神、提升光网络建立和剖析能力，形成利用设计软件工具对设计任务进行整体部署的能力。
3课程设计时间1周（2014 年 6 月 23 日-2014 年 6 月 27 日）4课程设计环境OptiSystem软件OptiSystem是一款创新的光通信系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各样种类宽带光网络物理层的虚构光连结等功能于一身，从长距离通信系统到LANS 和 MANS 都使用。
铟镓砷光电管
铟镓砷光电管全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：铟镓砷光电管（InGaAs光电管）是一种广泛应用于激光测距、红外摄像、光谱分析等领域的光电探测器。
它采用了铟（In）和镓（Ga）合金为主要主动层，砷（As）为包层的半导体器件，具有响应速度快、高灵敏度、波长范围广等特点。
本文将深入介绍铟镓砷光电管的结构、工作原理、性能特点以及应用领域等方面。
一、铟镓砷光电管的结构铟镓砷光电管主要由铟镓砷三元化合物半导体材料组成，其结构主要包括以下几个部分：光电转换层、探测区、光电二极管等。
光电转换层作为主动层，起到吸收光子并将光子转换为电子的作用；探测区是光电二极管的活动区域，用来产生电流信号；光电二极管则是将产生的电流信号放大，可输出到外部电路进行信号处理。
铟镓砷光电管的工作原理主要是基于半导体材料的光电效应。
当光子入射到光电转换层时，光子能量被吸收并激发半导体中的载流子，形成电子-空穴对。
其中正负载流子在电场的作用下被分离，正载流子向阳极聚集，负载流子向阴极聚集，从而产生电流信号。
1. 高响应速度：铟镓砷光电管响应速度快，能够在纳秒量级的时间内产生电流信号。
2. 高灵敏度：铟镓砷光电管具有高灵敏度，能够检测到微弱的光信号。
3. 波长范围广：铟镓砷光电管的波长范围覆盖了近红外波段至中红外波段，适用于不同波长范围的光信号检测。
4. 热稳定性好：铟镓砷光电管具有良好的热稳定性，能够在高温环境下正常工作。
铟镓砷光电管广泛应用于激光测距、红外摄像、光谱分析、遥感探测、通信等领域。
在激光测距领域，铟镓砷光电管能够快速准确地测量目标距离；在红外摄像领域，铟镓砷光电管可用于夜视设备；在光谱分析领域，铟镓砷光电管可以实现对物质成分的精确分析；在遥感探测领域，铟镓砷光电管可用于探测地表物体等。
第二篇示例：铟镓砷光电管（Indium Gallium Arsenide photodetector，简称InGaAs PD）是一种广泛应用于红外探测领域的传感器器件。
铟镓砷光电二极管
铟镓砷光电二极管铟镓砷光电二极管（Indium gallium arsenide photodiode）是一种基于铟镓砷（InGaAs）材料的光电器件。
它具有高灵敏度、高速度和宽波长响应范围等优点，被广泛应用于通信、光谱分析、红外成像等领域。
铟镓砷光电二极管的基本原理是光电效应。
当光线照射到铟镓砷材料时，光子的能量被吸收，使得材料中的电子激发并跃迁到导带。
这些激发的电子会在外电场的作用下被加速，产生电流。
通过测量这个电流的大小，可以间接地测量光线的强度。
铟镓砷光电二极管的灵敏度非常高，可以探测到宽波长范围内的光线。
铟镓砷材料的能带结构使其具有较小的能隙，因此可以感受到红外光的能量。
这使得铟镓砷光电二极管在红外成像和光谱分析等领域有着重要的应用。
铟镓砷光电二极管的工作速度也非常快，可以实现高频率的信号检测和传输。
这使得它在通信领域中被广泛应用于光纤通信和无线通信系统中。
在光纤通信系统中，铟镓砷光电二极管用于接收光信号并将其转换为电信号，以实现光信号的传输和解调。
在无线通信系统中，铟镓砷光电二极管用于接收红外光信号并将其转换为电信号，以实现无线信号的接收和解码。
除了通信领域，铟镓砷光电二极管还在其他领域有着广泛的应用。
在光谱分析中，铟镓砷光电二极管可以用于检测和测量不同波长的光线，从而分析样品的光谱特性。
在红外成像中，铟镓砷光电二极管可以用于接收红外辐射并将其转换为电信号，从而实现红外图像的获取和显示。
尽管铟镓砷光电二极管具有许多优点，但也存在一些限制。
由于铟镓砷材料的制备和加工工艺复杂，导致铟镓砷光电二极管的成本较高。
此外，铟镓砷材料对温度敏感，工作温度范围较窄，需要在特定的温度条件下工作以保证性能。
铟镓砷光电二极管是一种具有高灵敏度、高速度和宽波长响应范围的光电器件。
它在通信、光谱分析、红外成像等领域有着重要的应用。
虽然存在一些限制，但随着材料和制造工艺的进步，铟镓砷光电二极管有望在更多领域发挥重要作用。
GaAs、GaP、InP、InGaAsP、AlGaAs、InAlGaAs的化学腐蚀研究
GaAs、GaP、InP、InGaAsP、AlGaAs、InAlGaAs的化学腐蚀研究许兆鹏【期刊名称】《固体电子学研究与进展》【年(卷),期】1996(16)1【摘要】为研制全集成光开关、微片式激光器等，对ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡＩＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ等材料的化学腐蚀进行了实验研究。
为了研制ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ微片式激光器，开发了Ｈ３ＰＯ４／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ薄层腐蚀液和ＨＣｌ／Ｈ２Ｏ选择性腐蚀液；为了研制ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰＴｂａｒ型光波导，开发了ＨＣｌ／Ｈ３ＰＯ４／Ｈ２Ｏ２薄层腐蚀液和ＨＣｌ／Ｈ２Ｏ２选择性腐蚀液；为了研制ＧａＰ、ＩｎＧａＰ光波导，开发了ＨＣｌ／ＨＮＯ３／Ｈ２Ｏ薄层腐蚀液。
它们都具有稳定、重复性好、速率可控、腐蚀后表面形貌好等特点。
除此之外，蚀刻成的ＧａＰ光波导侧壁平滑无波纹起伏。
此种结果尚未见报导。
【总页数】8页(P56-63)【关键词】磷化镓;磷化铟;砷化镓;化学腐蚀【作者】许兆鹏【作者单位】南京电子器件研究所【正文语种】中文【中图分类】TN305.2;TN305.2【相关文献】1.Er离子注入GaP，GaAs，InP的二次离子质谱(SIMS)的研究 [J], 陈辰嘉;周必忠yer Combination Effect on Band Gap Shift of InGaAsP/InP MQWs by Impurity-free Vacancy Disordering [J], ZHAO Jie;WANG Yong-chen;FENG Zhe-chuan;Ferguson I3.化学束外延生长GaAs／GaAs,InGaAs／GaAs,InP／InP,... [J], 孙殿照;阎春辉4.化学束外延生长GaAs/GaAs,InGaAs/GaAs,InP/InP,InGaAs/InP多量子阱材料[J], 孙殿照;阎春辉;国红熙;朱世荣;黄运衡;曾一平;孔梅影因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
PIN和APD介绍
P I N:p o s i t i v e-i n t r i n s i c-n e g a t i v e（P型半导体-杂质-N型半导体）APD:avalanche photodiode（雪崩二极管）饱和光功率又称饱和光功率即指最大负载。
指在一定的传输速率下，维持一定的误码率（10-10～10-12）时的光模块接收端最大可以探测到的输入光功率。
当光探测器在强光照射下会出现光电流饱和现象，当出现此现象后，探测器需要一定的时间恢复，此时接收灵敏度下降，接收到的信号有可能出现误判而造成误码现象，而且还非常容易损坏接收端探测器，在使用操作中应尽量避免超出其饱和光功率。
因此对于发射光功率大的光模块不加衰减回环测试会出现误码现象。
当APD输入光功率达到一定强度的时候，输出的光电流将趋于饱和。
随着温度的升高，APD的击穿电压V BR也随着上升，如果APD的工作电压（即高压）不变，APD的光电检测性能会变弱，灵敏度降低。
APD的倍增因子代表倍增后的光电流与首次光电流之比。
如图：由图可知，倍增因子M与反向偏置电压有关（反偏电压越大，斜率越大，M越大。
理论上反偏电压接近击穿电压时，M趋于无穷大。
），所以说他是可调的。
同时可以看到APD雪崩光电二极管还存在一个雪崩电压（击穿电压）V B。
当反偏电压大于击穿电压时，M会急剧增大处于雪崩状态。
但此时产生的倍增噪声会远远大于倍增效应带来的好处。
因此实际使用中，总是把反偏电压调到略小于雪崩电压的地方。
APD倍增因子M的计算公式很多，一个常用的公式为M=1/1-(v/vB)n式中: n 是由P-N 结材料决定的常数; V B 为理想反向偏压; V 为反向偏压的增加值。
对于Si 材料,n =1. 5 ～4 ;对于Ge 材料n = 2. 5～8 。
由式中还可看出,当| V | →| V B | 时, M → ∞, P-N结将发生雪崩击穿。
由公式可知，同样材料的APD管，同样偏置电压情况下，击穿电压越大，倍增因子越小。
PIN和APD介绍
P I N:p o s i t i v e-i n t r i n s i c-n e g a t i v e（P型半导体-杂质-N型半导体）APD:avalanche photodiode（雪崩二极管）饱和光功率又称饱和光功率即指最大负载。
指在一定的传输速率下，维持一定的误码率（10-10～10-12）时的光模块接收端最大可以探测到的输入光功率。
当光探测器在强光照射下会出现光电流饱和现象，当出现此现象后，探测器需要一定的时间恢复，此时接收灵敏度下降，接收到的信号有可能出现误判而造成误码现象，而且还非常容易损坏接收端探测器，在使用操作中应尽量避免超出其饱和光功率。
因此对于发射光功率大的光模块不加衰减回环测试会出现误码现象。
当APD输入光功率达到一定强度的时候，输出的光电流将趋于饱和。
随着温度的升高，APD的击穿电压V也随着上升，如果APDBR的工作电压（即高压）不变，APD的光电检测性能会变弱，灵敏度降低。
APD的倍增因子代表倍增后的光电流与首次光电流之比。
如图：由图可知，倍增因子M与反向偏置电压有关（反偏电压越大，斜率越大，M越大。
理论上反偏电压接近击穿电压时，M趋于无穷大。
），所以说他是可调的。
同时可以看到APD雪崩光电二极管还存在一个雪崩电压（击穿电压）V。
当反偏电压大于击穿电压时，M会急剧增大处于雪崩状态。
但此时产生的倍增噪B声会远远大于倍增效应带来的好处。
因此实际使用中，总是把反偏电压调到略小于雪崩电压的地方。
APD倍增因子M的计算公式很多，一个常用的公式为 M=1/1-(v/vB)n式中: n 是由P-N 结材料决定的常数; V B 为理想反向偏压; V 为反向偏压的增加值。
对于Si 材料,n =1. 5 ～ 4 ;对于Ge 材料n = 2. 5～8 。
由式中还可看出,当| V | →| V B | 时, M → ∞, P-N结将发生雪崩击穿。
由公式可知，同样材料的APD管，同样偏置电压情况下，击穿电压越大，倍增因子越小。
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第 36 卷第 2 期航 天 器 环 境 工 程Vol. 36, No. 2 2019 年 4 月SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING139 E-mail: htqhjgc@ Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544空间高速InGaAs-PIN光电二极管辐射损伤效应试验研究高 欣1,3，王 俊2,3，冯展祖2,3，汪 伟4，杨生胜1,3，尹 飞4，黄新宁4，薛玉雄1,3，把得东2,3（1. 真空技术与物理国家级重点实验室； 2. 空间环境材料行为及评价技术国家级重点实验室；3. 兰州空间技术物理研究所：兰州 730000；4. 中国科学院 西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119）摘要：利用质子、中子和伽马射线辐照空间激光通信系统拟选用的高速InGaAs-PIN光电二极管，对其辐射损伤效应开展研究，以评估PIN光电器件在空间辐射环境中的适用性。
基于辐照前后器件的暗电流、光电流、光谱响应、电容等参数随辐照剂量变化的测试数据，对各参数受辐照影响的程度和不同辐照模拟源对光电器件造成的辐射损伤差异进行了比较分析。
结果表明：PIN光电二极管的暗电流是受辐照影响最严重的参数，而光电流、光谱响应、电容等参数受辐照影响较小；暗电流增加主要与质子和中子辐照引入的非辐射复合中心有关，并与位移损伤剂量基本成线性关系。
关键词：PIN光电二极管；暗电流；光电流；光谱响应；辐射效应；电离总剂量效应；位移损伤效应 中图分类号：TK514; V520文献标志码：A文章编号：1673-1379(2019)02-0139-07 DOI: 10.12126/see.2019.02.006Radiation damage of high-speed InGaAs-PIN photodiode devices used forspace laser communicationGAO Xin1,3, WANG Jun2,3, FENG Zhanzu2,3, WANG Wei4, YANG Shengsheng1,3, YIN Fei4,HUANG Xinning4, XUE Yuxiong1,3, BA Dedong2,3(1. Key Lab of Vacuum Technology and Physics; 2. Key Lab of Materials Behavior and Evaluation Technology inSpace Environment; 3. Lanzhou Institute of Physics: Lanzhou 730000, China;4. State Key Lab of Transient Optics and Photonics, Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics,Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710119, China)Abstract: To assess the space radiation adaptability of the PIN optoelectronic devices, the InGaAs-PIN photodiodes as the candidate devices for the space laser communication system are irradiated by the proton, neutron, and gamma ray for evaluating their susceptibility to the space radiation environment. The performance of the devices characterized by the dark current, the optical output, the spectral response, and the capacitance are measured before and after the irradiation from three kinds of sources, to compare the radiation damages to the optoelectronic devices among different parameters and with respect to different radiation sources. It is indicated that the dark current of the PIN diodes is the most susceptible factor, while on the optical current, the spectral response and the capacitance, only little influence is observed. The increases of the dark current can be attributed to the introduction of non-radiation recombination centers induced by the proton and neutron irradiations, which has basically a linear relationship with the displacement damage dose.Keywords: PIN photodiode; dark current; optical current; spectral responsivity; radiation effects; total ionizing dose effect; displacement damage effect收稿日期：2018-11-07；修回日期：2019-03-22基金项目：国家自然科学基金项目（编号：11475078）；装备预研抗辐射加固基金项目（编号：6140A24XXXXXX）引用格式：高欣, 王俊, 冯展祖, 等. 空间高速InGaAs-PIN光电二极管辐射损伤效应试验研究[J]. 航天器环境工程, 2019, 36(2): 139-145GAO X, WANG J, FENG Z Z, et al. Radiation damage of high-speed InGaAs-PIN photodiode devices used for space laser communication[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2019, 36(2): 139-1450 引言高速光电探测器是空间激光通信系统的关键器件，被广泛应用在包括卫星内部以及卫星间通信的空间光通信领域。
PIN光电二极管和雪崩光电二极管具有良好的灵敏度和响应特性，是目前最为常用的光电探测器，其中：雪崩光电二极管由于其内部的雪崩效应具有很高的灵敏度，但是噪声也较大；而PIN光电二极管没有内部增益，故噪声较小，信噪比很高，且由于其本征层很厚，导致耗尽区加宽，所以响应速度快；此外，随着集成电路技术的发展，PIN光电二极管探测器采用混合集成电路形式，器件之间连线短，缩小了连接线带来的信号延迟，也有利于进一步提高器件的响应速度[1]。
然而，空间高能带电粒子辐射可以使PIN光电二极管的电学和光学性能下降，影响激光通信系统的稳定性和可靠性。
因此，在将光电二极管集成到光通信系统之前，评价分析其辐射损伤特征与抗辐射性能，对于保障卫星激光通信系统的稳定可靠运行是极其重要的。
空间辐射对半导体光电器件的辐射效应主要包括电离与位移损伤。
电离是一种瞬时影响，会引起电子−空穴对增加与界面损伤，通常在辐射剂量低于1×105 rad(Si)的情况下，不会造成光电器件的永久性损伤[2-3]。
一般认为，在空间辐射环境中半导体光电二极管的性能衰退主要是由于辐射引起的位移损伤造成的[4-7]。
位移损伤会使光电二极管的半导体材料晶格缺陷数量增加，缩短少数载流子的寿命。
电离和位移损伤都会引起光电二极管量子效率下降，表面复合速率和复合电流增加，最终导致光电流减小与暗电流增大，影响光电二极管可探测的最小光功率。
针对可见光波段的硅基PIN光电二极管的辐射损伤效应，国内外开展了大量研究，得到了较为全面的辐射损伤数据[8-11]。
但是，对于InGaAs等红外波段光电二极管，尤其是应用于空间激光通信的高性能PIN光电二极管的辐射损伤效应数据相对缺乏。
本文利用质子、中子和伽马射线辐照源辐照激光通信系统拟选用的新型高速InGaAs-PIN光电二极管，并对其辐射损伤效应开展对比研究，分析电离与位移损伤对PIN光电探测器的光学和电学性能的影响。
1 试验样品本项研究使用的近红外波段InGaAs-PIN半导体光电二极管，由中国科学院西安光学精密机械研究所研制。
该光电二极管的光敏面直径100 μm，光谱响应范围800～1700 nm，工作速率5 Gbit/s。
光电二极管的各项性能指标相对均衡，具有低暗电流、低电容、高量子效率以及较大的光敏面（更容易与光纤耦合），适合应用于空间激光通信系统的高速激光信号接收组件。
PIN光电二极管属于平面型光电探测器，其横截面结构如图1所示：在厚350 μm的InP衬底上生长一层约1 μm厚的InP缓冲层，然后再沉积一层约2 μm厚的InGaAs本征层，其上是0.7 μm厚的InP帽层，最后是0.1 μm厚的InGaAs欧姆接触层和0.15 μm厚的Si x N减反射膜。
PIN器件采用TO封装结构，辐照试验前须去除金属帽与玻璃窗口，且由于试验样品性能参数存在个体差异，还要先筛选出性能参数基本一致的样品，在每一辐照条件下取3个样品进行测试，测试结果取其平均值。
图 1 PIN光电二极管结构的横截面Fig. 1 Cross section of the structure of the PIN photodiode2 试验方案2.1 辐照方案利用兰州空间技术物理研究所的双束加速器与60Co-γ射线源开展光电器件的质子和伽马射线辐照试验；利用中国原子能科学研究院的中子辐射源开展中子辐照试验。
辐照试验时，样品放置在铝金属样品台上，并使器件各引脚处于短路状态，以防止辐照过程中的静电放电对器件造成损伤。
所有器140航 天 器 环 境 工 程第 36 卷件在室温条件下进行辐照试验，以便最小化热退火效应。