[发明专利]一种波导型光电探测器等效电路的建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种波导型光电探测器等效电路的建模方法，该建模方法基于模拟退火算法。

背景技术

光纤通信技术的飞速发展，对光纤通信系统的灵敏度、响应速率及可靠性等方面的要求越来越高。为了满足光通信技术未来的发展需求，具有高速、高集成度的光电集成电路成为研究的热点。光电探测器作为一种将入射光信号转换成电信号输出的光电器件，在军事和国民经济的各个领域得到了广泛运用，特别是在光纤通信中，它是整个光纤通信系统的关键器件之一。

光电探测器作为光纤通信系统的重要组成部分，其性能的优劣对整个光纤通信系统的通信质量起着至关重要的作用。波导型光电探测器通过波导与探测器耦合，实现侧面光入射，其内量子效率由光波导的长度决定，而响应速度则由光吸收层的厚度决定，因而这种器件结构允许对带宽和量子效率分别进行优化，克服了工作速度和量子效率的矛盾，有效提高了探测器的增益带宽积。

目前光电探测器的建模方法大多基于器件内部的物理特性方程，对器件参数进行求解，而物理方程的复杂性以及求解过程中的近似计算都会对等效电路模型的精度产生影响。

发明内容

本发明提供了一种波导型光电探测器等效电路的建模方法，本发明采用模拟退火算法对光电探测器的特性曲线进行拟合，提取模型参数，能够准确地反映波导型光电探测器的特性，并实现光电探测器与电子电路的协同设计与仿真，详见下文描述：

一种波导型光电探测器等效电路的建模方法，所述建模方法基于模拟退火算法，所述建模方法包括以下步骤：

根据波导型光电探测器的物理结构，分别考虑载流子渡越时间、外部寄生参量对带宽的影响，建立波导型光电探测器的等效电路模型；

对若干个波导型光电探测器进行散射参数的测量，通过散射参数计算值与测量值的相对误差，建立目标函数；

通过模拟退火算法拟合散射参数随频率变化的测试曲线，优化目标函数，提取等效电路模型中的各个元件值。

所述等效电路模型包括：

表征波导型光电探测器载流子渡越时间的电阻和电容；

压控电流源、结电阻和结电容；

非本征区耗损电阻、以及互连线引入的寄生电阻、寄生电容和寄生电感。

其中，所述目标函数为：

F=Σf(|S21m-S21cS21m|+|S22m-S22cS22m|)]]>

其中，F为目标函数；S_21m、S_21c分别为散射参数S₂₁的测量值和计算值；S_22m、S_22c分别为散射参数S₂₂的测量值和计算值；f为频率点。

进一步地，所述优化目标函数为：使目标函数趋近于最小值。

进一步地，所述建模方法还包括：

利用电路仿真软件绘制波导型光电探测器的等效电路图，并通过提取的各个元件值设置电路元件参数；

在一定的频率范围内进行电路性能模拟仿真；

将仿真结果与实际测试的散射参数随频率变化的特性曲线进行对比，验证等效电路的准确性。

本发明提供的技术方案的有益效果是：