[发明专利]一种雪崩二极管电场的计算方法

权利要求书

1.一种雪崩二极管电场的计算方法，所述雪崩二极管由上至下依次包括倍增层、电荷层、过渡层、吸收层以及缓冲层，所述方法包括：

S1，确定所述倍增层、电荷层、过渡层、吸收层以及缓冲层的每层的厚度、介电常数和掺杂浓度；

S2，根据所述厚度、介电常数以及掺杂浓度确定所述雪崩二极管中倍增层、电荷层、过渡层、吸收层以及缓冲层的电场；

所述步骤S2还包括：

根据碰撞电离模型、连续性条件公式以及倍增条件公式获取所述雪崩二极管的雪崩电压；

雪崩状态下，空穴与电子的电流的计算方程为：

连续性条件公式为：

倍增条件公式为：

发生雪崩的条件为：

其中，J_n(x)为电子电流密度，J_p(x)为空穴密度，α(x)为电子碰撞电离率，β(x)为空穴碰撞电离率，G(x)为空间电荷产生速率，J_n(0)为初始的电子电流密度，w为雪崩区厚度，为厚度为x处的电子碰撞电离率与空穴碰撞电离率的差值，J_p(w)为雪崩区雪崩之前的电流密度，J为雪崩区雪崩后的电流密度；

其中，所述碰撞电离模型为：

其中：

α(E，T)为电场E和温度T下的电子的电离系数，β(E，T)为电场E和温度T下的空穴的电离系数，和分别为电子和空穴的电场强度。

2.根据权利要求1所述的计算方法，所述倍增层、电荷层、过渡层、吸收层以及缓冲层的每层均满足泊松方程，所述泊松方程的计算公式为：

其中，x为所述雪崩二极管的厚度，所述雪崩二极管的上表面处x为0，F(x)为厚度为x的处的电场，q为电子电荷，N(x)为计算的当前层的掺杂浓度，ε_x为计算的当前层的介电常数。

3.根据权利要求1所述的计算方法，所述步骤S2之前还包括：

S1’，确定所述雪崩二极管的工作状态，其中，所述工作状态包括导通与非导通。

4.根据权利要求3所述的计算方法，当所述雪崩二极管处于非导通的工作状态时，所述雪崩二极管中的电场存在于倍增层、电荷层以及过渡层。

5.根据权利要求3或4所述的计算方法，当所述雪崩二极管处于非导通的工作状态时，其电场电压小于导通电压，所述倍增层的电场的计算公式为：

所述电荷层的电场的计算公式为：

所述过渡层的电场的计算公式为：

其中，x_d为倍增层的厚度，x₁为倍增层和电荷层的总厚度，x₂为倍增层、电荷层以及过渡层的总厚度，ε₀为真空的介电常数，ε₁为电荷层的介电常数，ε₂为过渡层的介电常数，σ_c为电荷层的电荷面密度，σ_g为过渡层的电荷面密度，N_d为倍增层的掺杂浓度，N_g为过渡层的掺杂浓度，t_InP为电荷层的厚度。

6.根据权利要求5所述的计算方法，所述步骤S2还包括：

根据所述雪崩二极管的电场获得所述雪崩二极管的导通电压。

7.根据权利要求6所述的计算方法，所述根据所述雪崩二极管的电场获得所述雪崩二极管的导通电压具体为根据如下公式计算所述雪崩二极管的导通电压V_ph：

其中，σ_d为倍增层的电荷面密度，x_c为电荷层的厚度，x_g为过渡层的厚度。

8.根据权利要求3所述的计算方法，当所述雪崩二极管处于导通的工作状态时，且所述雪崩二极管的电压处于开启电压且小于雪崩电压时，所述雪崩二极管中的每层的电场计算公式如下：

所述倍增层的电场的计算公式为：

所述电荷层的电场的计算公式为：

所述过渡层的电场的计算公式为：

所述吸收层的电场的计算公式为：

所述缓冲层的电场的计算公式为：

其中，x₃为倍增层、电荷层、过渡层以及吸收层的总厚度，ε₃为吸收层的介电常数，N_a为吸收层的掺杂浓度，N_b为缓冲层的掺杂浓度，σ_α为吸收层的电荷面密度。