【技术实现步骤摘要】
本申请涉及单光子探测器仿真，具体涉及一种硅基单光子探测器暗计数率仿真方法、装置、设备及介质。
技术介绍
1、硅基光电子器件兼具大规模集成电路低成本、批量化、高集成度，以及光电子芯片大带宽、高速率和高抗干扰能力等优势，是卫星、航天器和空间站等空间任务实现光互连的理想器件。其中，硅基单光子探测器(single photon avalanche diode,spad)作为固态光电探测器，相较于传统的光电倍增管，具有更高的灵敏度和动态范围，可检测到比噪声低几个数量级的微弱光信号，因此被专门应用于行星高度计、卫星激光时间传输和深空激光雷达探测等高精度空间任务中。但由于晶格热振动以及晶体缺陷和杂质的存在，当器件偏置电压大于击穿电压时，即使没有入射光子，spad也会发生雪崩击穿，从而造成暗计数率(dcr)增加，导致探测器效率下降，对空间载荷的在轨任务和可靠性造成严重影响，因此亟需针对spad的暗计数率性能进行设计优化。
2、现有技术中通过工艺优化spad的暗计数率，存在耗时长且成本高的问题，且使得可供设计参考的理论基础匮乏。近年来国内外陆续尝试利用tcad(technology computeraided design)仿真工具分析器件结构与参数间的物理联系。tcad仿真是建立在半导体物理基础之上的数值仿真工具，通过同时耦合控制载流子迁移、复合和输运的物理方程和提供驱动力的外场方程，描述器件内部物理参数的变化。但由于硅基单光子探测器的暗计数率表征单位时间内发生的暗计数，具有随机性和统计特性，因此需要额外的积分计算，以实现dcr的仿
3、因此，如何对不同温度下的硅基单光子探测器暗计数率进行仿真，是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种硅基单光子探测器暗计数率仿真方法、装置、设备及介质，用于解决现有技术中如何对不同温度下的硅基单光子探测器暗计数率进行仿真的问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种硅基单光子探测器暗计数率仿真方法，所述方法包括：
3、获取目标硅基单光子探测器在不同温度下的多个击穿电压；
4、根据各所述击穿电压，得到所述目标硅基单光子探测器的过偏压范围，以及在耗尽区内所述过偏压范围对应的击穿概率和载流子产生速率；
5、根据所述击穿概率和载流子产生速率，得到所述目标硅基单光子探测器在不同温度下的暗计数率。
6、于本申请的一实施例中，获取目标硅基单光子探测器在不同温度下的多个击穿电压，包括：
7、获取所述目标硅基单光子探测器在不同温度下的多条电学输出特征曲线，各条所述电学输出特征曲线用于指示所述目标硅基单光子探测器的阳极电流随偏置电压的变化；
8、根据各条所述电学输出特征曲线的拐点，得到所述多个击穿电压。
9、于本申请的一实施例中，获取所述目标硅基单光子探测器在不同温度下的多条电学输出特征曲线，包括：
10、调用预先配置的okotu碰撞电离模型、目标硅基单光子探测器srh产生-复合物理模型、目标硅基单光子探测器trap.tunnel物理模型，所述目标硅基单光子探测器srh产生-复合物理模型用于指示室温下目标硅基单光子探测器的载流子复合过程，所述目标硅基单光子探测器trap.tunnel物理模型用于指示低温下目标硅基单光子探测器的陷阱辅助隧穿过程；
11、通过所述okotu碰撞电离模型、目标硅基单光子探测器srh产生-复合物理模型、目标硅基单光子探测器trap.tunnel物理模型，在光电二级管区域施加反向偏置电压，在耗尽区内产生高电场，以实现载流子收集和雪崩击穿，得到所述多条电学输出特征曲线。
12、于本申请的一实施例中，根据各所述击穿电压，得到所述目标硅基单光子探测器的过偏压范围，以及在耗尽区内所述过偏压范围对应的击穿概率和载流子产生速率，包括：
13、根据所述多个反向偏置电压和所述击穿电压，得到所述目标硅基单光子探测器的过偏压范围；
14、根据所述过偏压范围得到多个过偏压，并提取在耗尽区内所述多个过偏压对应的载流子产生速率；
15、通过预先配置的geiger单光子雪崩模型，模拟单个电子和空穴进入所述目标硅基单光子探测器的倍增区后发生雪崩击穿，得到雪崩击穿概率，并根据所述雪崩击穿概率得到在耗尽区内所述多个过偏压对应的击穿概率。
16、于本申请的一实施例中，所述过偏压的表示方式包括：
17、vex＝vbias-vbd
18、其中，vex为所述过偏压，vbias为所述反向偏置电压，vbd为所述击穿电压。
19、于本申请的一实施例中，各所述过偏压对应的击穿概率的表示方式包括：
20、
21、
22、
23、其中，ptr为所述过偏压对应的击穿概率，pe为电子的雪崩击穿概率，ph为空穴的雪崩击穿概率，αe为电子的碰撞电离系数，αh为空穴的碰撞电离系数。
24、于本申请的一实施例中，所述暗计数率的表示方式包括：
25、dcr(vex)＝vg(vex)×ptr(vex)×vdep
26、其中，dcr(vex)为所述暗计数率，vg(vex)为过偏压对应的载流子产生速率，ptr(vex)为过偏压对应的击穿概率，vdep为耗尽区体积。
27、于本申请的一实施例中，还提供了一种硅基单光子探测器暗计数率仿真装置，所述装置包括：
28、击穿电压获取模块，用于获取目标硅基单光子探测器在不同温度下的多个击穿电压；
29、耗尽区参数计算模块，用于根据各所述击穿电压，得到所述目标硅基单光子探测器的过偏压范围，以及在耗尽区内所述过偏压范围对应的击穿概率和载流子产生速率；
30、暗计数率计算模块，用于根据所述击穿概率和载流子产生速率，得到所述目标硅基单光子探测器在不同温度下的暗计数率。
31、于本申请的一实施例中，还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
32、一个或多个处理器；
33、存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现如上所述的硅基单光子探测器暗计数率仿真方法。
34、于本申请的一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被计算机的处理器执行时，使计算机执行如上所述的硅基单光子探测器暗计数率仿真方法。
35、本专利技术的有益效果：
36、本专利技术中对硅基单光子探测器暗计数率进行仿真，首先获取目标硅基单光子探测器在不同温度下的多个击穿电压；然后根据各所述击穿电压，得到所述目标硅基单光子探测器的过偏压范围，以及在耗尽区内所述过偏压范围本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅基单光子探测器暗计数率仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的硅基单光子探测器暗计数率仿真方法，其特征在于，获取目标硅基单光子探测器在不同温度下的多个击穿电压，包括：
3.根据权利要求2所述的硅基单光子探测器暗计数率仿真方法，其特征在于，获取所述目标硅基单光子探测器在不同温度下的多条电学输出特征曲线，包括：
4.根据权利要求3所述的硅基单光子探测器暗计数率仿真方法，其特征在于，根据各所述击穿电压，得到所述目标硅基单光子探测器的过偏压范围，以及在耗尽区内所述过偏压范围对应的击穿概率和载流子产生速率，包括：
5.根据权利要求4所述的硅基单光子探测器暗计数率仿真方法，其特征在于，所述过偏压的表示方式包括：
6.根据权利要求5所述的硅基单光子探测器暗计数率仿真方法，其特征在于，各所述过偏压对应的击穿概率的表示方式包括：
7.根据权利要求6所述的硅基单光子探测器暗计数率仿真方法，其特征在于，所述暗计数率的表示方式包括：
8.一种硅基单光子探测器暗计数率仿真装置，其特征在于，所
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被计算机的处理器执行时，使计算机执行如权利要求1至7中任一项所述的硅基单光子探测器暗计数率仿真方法。
...【技术特征摘要】
1.一种硅基单光子探测器暗计数率仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的硅基单光子探测器暗计数率仿真方法，其特征在于，获取目标硅基单光子探测器在不同温度下的多个击穿电压，包括：
3.根据权利要求2所述的硅基单光子探测器暗计数率仿真方法，其特征在于，获取所述目标硅基单光子探测器在不同温度下的多条电学输出特征曲线，包括：
4.根据权利要求3所述的硅基单光子探测器暗计数率仿真方法，其特征在于，根据各所述击穿电压，得到所述目标硅基单光子探测器的过偏压范围，以及在耗尽区内所述过偏压范围对应的击穿概率和载流子产生速率，包括：
5.根据权利要求4所述的硅基单光子探测器暗...
【专利技术属性】
技术研发人员：傅婧，郭安然，李国伟，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十四研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。