太赫兹波段GaAs/AlGaAs量子阱探测器电子输运特性的蒙特卡洛模拟

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本论文主要研究了低温低场下太赫兹波段量子阱光探测器内部电子的输运特性。运用蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟方法,本文对常规的GaAs/Al0.03Ga0.97As量子阱光探测器内部的电子输运过程,利用Visual Fortran软件进行建模。在建模的过程中,采用非抛物线型能带结构,着重考虑了激发电子的各种散射机制,并对激发电子的输运特性进行模拟。考察了激发电子在不同时刻的浓度分布、电子的漂移速度和迁移率特性,以及器件的电流响应。并在这个基础上,对太赫兹波段下GaAs/Al0.03Ga0.97As量子阱光探测器的性能做了一些探讨。研究结果对于目前广泛进行的太赫兹探测器的设计制作具有一定的指导意义。主要内容如下:1.通过模拟太赫兹波段GaAs/Al0.03Ga0.97As量子阱光探测器的激发电子在不同时刻的浓度分布,以及在不同能谷中的浓度分布,观察到太赫兹波段量子阱光探测器内部激发电子绝大多数在低能谷,即Γ能谷中输运,很少发生向高能谷的跃迁。在这个基础上,我们探讨了太赫兹波段GaAs/Al0.03Ga0.97As量子阱光探测器内部激发电子的漂移速度特性以及迁移率特性。同时,在分析电子漂移速度特性的时候,发现了电子的平均漂移速度随着温度的升高而有所升高,针对这个与红外量子阱探测器不一样的特点,结合模拟得到的结果进行了解释和讨论。2.模拟了太赫兹波段GaAs/Al0.03Ga0.97As量子阱光探测器的电流特性。一方面,本文中模拟了太赫兹波段GaAs/Al0.03Ga0.97As量子阱光探测器的瞬态光电流响应,并与红外探测器的瞬态响应做了比较,结果在本文得到的结果中,没有发现红外探测器中存在的速度过冲现象,反而得到了比较平稳的瞬态光电流曲线。针对产生这个现象的原因,我们进行了理论上的分析和讨论。之后,对太赫兹波段GaAs/Al0.03Ga0.97As量子阱光探测器的稳态光电流进行模拟,并分析了稳态光电流与外加偏置电压之间的关系。3.结合模拟得到的太赫兹波段GaAs/Al0.03Ga0.97As量子阱光探测器内部的电子输运特性,探讨了太赫兹量子阱探测器的宏观特性,比如太赫兹量子阱探测器具有较高光电导增益、较高的探测灵敏度以及较低的噪声水平。对几种噪声中最主要的暗电流噪声进行了着重的分析讨论。并对目前太赫兹量子阱探测器中存在的主要问题以及未来可能的发展趋势给出了自己的看法。
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