Simulazione di un fotodiodo PIN InGaAs/InP a 1550 nm.Simulazione di un fotodiodo PIN InGaAs/InP a 1550 nm.

1. Introduzione: fotodiodi InGaAs e rilevamento a 1550 nm1. Introduzione: fotodiodi InGaAs e rilevamento a 1550 nm

Un fotodiodo PIN InGaAs converte la luce infrarossa vicina incidente in corrente elettrica assorbendo i fotoni e generando coppie elettrone-lacuna. Questi dispositivi sono ampiamente utilizzati nelle comunicazioni a fibra ottica, nelle telecomunicazioni e nei sistemi di rilevamento a infrarossi, in particolare alle lunghezze d’onda di 1310 nm e 1550 nm. In questo tutorial, ci concentreremo su un fotodiodo progettato per rilevare la luce a 1550 nm, una delle principali lunghezze d’onda utilizzate nei moderni sistemi di comunicazione ottica.Un fotodiodo PIN InGaAs converte la luce infrarossa vicina incidente in corrente elettrica assorbendo i fotoni e generando coppie elettrone-lacuna. Questi dispositivi sono ampiamente utilizzati nelle comunicazioni a fibra ottica, nelle telecomunicazioni e nei sistemi di rilevamento a infrarossi, in particolare alle lunghezze d’onda di 1310 nm e 1550 nm. In questo tutorial, ci concentreremo su un fotodiodo progettato per rilevare la luce a 1550 nm, una delle principali lunghezze d’onda utilizzate nei moderni sistemi di comunicazione ottica.

La scelta dei materiali semiconduttori è particolarmente importante per i fotodiodi che operano a questa lunghezza d’onda. Affinché un fotone venga assorbito attraverso una transizione diretta tra bande, la sua energia deve essere almeno pari alla larghezza di banda del semiconduttore. L’energia di un fotone è data da:La scelta dei materiali semiconduttori è particolarmente importante per i fotodiodi che operano a questa lunghezza d’onda. Affinché un fotone venga assorbito attraverso una transizione diretta tra bande, la sua energia deve essere almeno pari alla larghezza di banda del semiconduttore. L’energia di un fotone è data da:

\[ E_{\mathrm{ph}}=\frac{hc}{\lambda} \approx 0.80\ \mathrm{eV} \qquad (\lambda=1550\ \mathrm{nm}). \] \[ E_{\mathrm{ph}}=\frac{hc}{\lambda} \approx 0.80\ \mathrm{eV} \qquad (\lambda=1550\ \mathrm{nm}). \]

Come illustrato in ??, il fosfuro di indio (InP) presenta, a temperatura ambiente, un divario di energia di circa 1,34 eV. Poiché l’energia di un fotone a 1550 nm è inferiore a questo divario di energia, non può eccitare direttamente un elettrone dalla banda di valenza alla banda di conduzione. Di conseguenza, l’InP è in gran parte trasparente a questa lunghezza d’onda, il che lo rende adatto per gli strati che costituiscono la finestra attraverso cui la luce entra nella fotodiodo.Come illustrato in ??, il fosfuro di indio (InP) presenta, a temperatura ambiente, un divario di energia di circa 1,34 eV. Poiché l’energia di un fotone a 1550 nm è inferiore a questo divario di energia, non può eccitare direttamente un elettrone dalla banda di valenza alla banda di conduzione. Di conseguenza, l’InP è in gran parte trasparente a questa lunghezza d’onda, il che lo rende adatto per gli strati che costituiscono la finestra attraverso cui la luce entra nella fotodiodo.

Al contrario, l’In0.53Ga0.47As, che presenta una struttura reticolare compatibile, ha un intervallo di energia molto più piccolo, pari a circa 0,74–0,75 eV. Un fotone a 1550 nm possiede quindi energia sufficiente per eccitare un elettrone nella banda di conduzione, lasciando dietro di sé una lacuna nella banda di valenza. Questo processo genera le coppie elettrone-lacuna che producono la risposta elettrica del fotodiodo. Le diverse ampiezze di banda di InP e InGaAs consentono quindi al dispositivo di combinare strati di finestra semiconduttori trasparenti con una regione di InGaAs che assorbe fortemente la luce. I valori esatti delle ampiezze di banda simulate dipendono dai parametri dei materiali selezionati in OghmaNano.Al contrario, l’In0.53Ga0.47As, che presenta una struttura reticolare compatibile, ha un intervallo di energia molto più piccolo, pari a circa 0,74–0,75 eV. Un fotone a 1550 nm possiede quindi energia sufficiente per eccitare un elettrone nella banda di conduzione, lasciando dietro di sé una lacuna nella banda di valenza. Questo processo genera le coppie elettrone-lacuna che producono la risposta elettrica del fotodiodo. Le diverse ampiezze di banda di InP e InGaAs consentono quindi al dispositivo di combinare strati di finestra semiconduttori trasparenti con una regione di InGaAs che assorbe fortemente la luce. I valori esatti delle ampiezze di banda simulate dipendono dai parametri dei materiali selezionati in OghmaNano.

Il dispositivo utilizza una struttura a semiconduttore p–i–n, composta da InP di tipo p, uno strato assorbitore di InGaAs intrinseco e InP di tipo n. Il livello di drogaggio relativamente basso della regione intrinseca consente alla regione di svuotamento di estendersi su gran parte dello strato assorbitore. L'applicazione di una polarizzazione inversa aumenta il campo elettrico all'interno di questa regione, spingendo gli elettroni e le lacune fotoeccitati verso i contatti opposti. La corrente fotoelettrica risultante fornisce una misura dell'intensità ottica incidente.Il dispositivo utilizza una struttura a semiconduttore p–i–n, composta da InP di tipo p, uno strato assorbitore di InGaAs intrinseco e InP di tipo n. Il livello di drogaggio relativamente basso della regione intrinseca consente alla regione di svuotamento di estendersi su gran parte dello strato assorbitore. L'applicazione di una polarizzazione inversa aumenta il campo elettrico all'interno di questa regione, spingendo gli elettroni e le lacune fotoeccitati verso i contatti opposti. La corrente fotoelettrica risultante fornisce una misura dell'intensità ottica incidente.

2. Aprire la simulazione predefinita e comprenderne la struttura.2. Aprire la simulazione predefinita e comprenderne la struttura.

Per iniziare, avvia OghmaNano e fai clic su «Nuova simulazione» nella barra degli strumenti «File». Si aprirà la libreria delle simulazioni, come mostrato in ??. Fai doppio clic su «Esempi GaAs» per aprire gli esempi disponibili di dispositivi semiconduttori III–V (??). Seleziona la fotodiodo PIN InGaAs/InP (1550 nm), scegli una directory di destinazione e fai clic su «Salva». OghmaNano creerà una nuova simulazione contenente la struttura completa della fotodiodo, i parametri dei materiali, l’illuminazione ottica e le impostazioni della simulazione elettrica.Per iniziare, avvia OghmaNano e fai clic su «Nuova simulazione» nella barra degli strumenti «File». Si aprirà la libreria delle simulazioni, come mostrato in ??. Fai doppio clic su «Esempi GaAs» per aprire gli esempi disponibili di dispositivi semiconduttori III–V (??). Seleziona la fotodiodo PIN InGaAs/InP (1550 nm), scegli una directory di destinazione e fai clic su «Salva». OghmaNano creerà una nuova simulazione contenente la struttura completa della fotodiodo, i parametri dei materiali, l’illuminazione ottica e le impostazioni della simulazione elettrica.

Il vantaggio di partire da un modello predefinito è che il dispositivo è subito pronto per la simulazione, senza che sia necessario costruirlo da zero. Una volta caricato, la finestra principale di OghmaNano visualizza la fotodiodo PIN InGaAs/InP nella scheda «Struttura del dispositivo» (??). Le frecce verdi rappresentano la luce incidente, mentre gli strati colorati mostrano la struttura del semiconduttore. Questo esempio utilizza un modello elettrico unidimensionale di una fotodiodo planare, con il dispositivo illustrato in tre dimensioni per facilitarne la visualizzazione.Il vantaggio di partire da un modello predefinito è che il dispositivo è subito pronto per la simulazione, senza che sia necessario costruirlo da zero. Una volta caricato, la finestra principale di OghmaNano visualizza la fotodiodo PIN InGaAs/InP nella scheda «Struttura del dispositivo» (??). Le frecce verdi rappresentano la luce incidente, mentre gli strati colorati mostrano la struttura del semiconduttore. Questo esempio utilizza un modello elettrico unidimensionale di una fotodiodo planare, con il dispositivo illustrato in tre dimensioni per facilitarne la visualizzazione.

2.1 Struttura del dispositivo e strati semiconduttori2.1 Struttura del dispositivo e strati semiconduttori

Il fotodiodo è costituito da quattro strati semiconduttori disposti dalla superficie illuminata al contatto posteriore. Il dispositivo contiene un assorbitore di InGaAs intrinseco di 2 µm, posizionato tra strati di InP di tipo p e di tipo n. L’InP, con una maggiore larghezza di banda proibita, consente alla luce a 1550 nm di raggiungere l’assorbitore di InGaAs, fornendo al contempo la giunzione semiconduttrice e le regioni di contatto elettrico. La struttura degli strati è riassunta di seguito.Il fotodiodo è costituito da quattro strati semiconduttori disposti dalla superficie illuminata al contatto posteriore. Il dispositivo contiene un assorbitore di InGaAs intrinseco di 2 µm, posizionato tra strati di InP di tipo p e di tipo n. L’InP, con una maggiore larghezza di banda proibita, consente alla luce a 1550 nm di raggiungere l’assorbitore di InGaAs, fornendo al contempo la giunzione semiconduttrice e le regioni di contatto elettrico. La struttura degli strati è riassunta di seguito.

Per esaminare la struttura, fare clic sul pulsante dell’editor di livelli, che si trova sul lato sinistro della scheda «Struttura del dispositivo». L’editor (??) visualizza lo spessore, il materiale ottico e il tipo di simulazione di ciascun livello. In questo esempio, le proprietà ottiche di InP e InGaAs sono state prese dai modelli di materiali ottici di Adachi presenti nel database dei materiali di OghmaNano materials database. Questi forniscono l’indice di rifrazione e il coefficiente di estinzione, che variano in funzione della lunghezza d’onda e che vengono utilizzati dal risolutore ottico.Per esaminare la struttura, fare clic sul pulsante dell’editor di livelli, che si trova sul lato sinistro della scheda «Struttura del dispositivo». L’editor (??) visualizza lo spessore, il materiale ottico e il tipo di simulazione di ciascun livello. In questo esempio, le proprietà ottiche di InP e InGaAs sono state prese dai modelli di materiali ottici di Adachi presenti nel database dei materiali di OghmaNano materials database. Questi forniscono l’indice di rifrazione e il coefficiente di estinzione, che variano in funzione della lunghezza d’onda e che vengono utilizzati dal risolutore ottico.

Lo strato di assorbimento InGaAs è responsabile della conversione dei fotoni incidenti a 1550 nm in coppie elettrone-lacuna. Il suo intervallo di energia relativamente piccolo gli consente di assorbire questa luce nell’infrarosso vicino, mentre gli strati di InP circostanti hanno un intervallo di energia più ampio e sono in gran parte trasparenti alla lunghezza d’onda di funzionamento. Lo strato di assorbimento è nominalmente non drogato, il che consente lo sviluppo di un campo elettrico significativo al suo interno quando il fotodiodo è polarizzato inversamente. Questo campo separa gli elettroni e le lacune generati dalla luce e li trasporta verso i contatti opposti.Lo strato di assorbimento InGaAs è responsabile della conversione dei fotoni incidenti a 1550 nm in coppie elettrone-lacuna. Il suo intervallo di energia relativamente piccolo gli consente di assorbire questa luce nell’infrarosso vicino, mentre gli strati di InP circostanti hanno un intervallo di energia più ampio e sono in gran parte trasparenti alla lunghezza d’onda di funzionamento. Lo strato di assorbimento è nominalmente non drogato, il che consente lo sviluppo di un campo elettrico significativo al suo interno quando il fotodiodo è polarizzato inversamente. Questo campo separa gli elettroni e le lacune generati dalla luce e li trasporta verso i contatti opposti.

2.2 Profilo di drogaggio, composizione della lega e parametri dei materiali elettrici2.2 Profilo di drogaggio, composizione della lega e parametri dei materiali elettrici

Le proprietà elettriche del fotodiodo PIN InGaAs/InP dipendono in modo significativo dalle concentrazioni di drogaggio, dalla composizione del semiconduttore e dai parametri del materiale. Aprire la sezione «Elettrica» e selezionare «Drogaggio/Ioni» per esaminare il profilo di drogaggio (??). Lo strato p+ InP presenta una concentrazione di accettori pari a 1 × 1024 m−3, mentre la regione n InP contiene 3 × 1022 m−3 di donatori. Il contatto n+ InP è più fortemente drogato, con una concentrazione di donatori pari a 1 × 1024 m−3.Le proprietà elettriche del fotodiodo PIN InGaAs/InP dipendono in modo significativo dalle concentrazioni di drogaggio, dalla composizione del semiconduttore e dai parametri del materiale. Aprire la sezione «Elettrica» e selezionare «Drogaggio/Ioni» per esaminare il profilo di drogaggio (??). Lo strato p+ InP presenta una concentrazione di accettori pari a 1 × 1024 m−3, mentre la regione n InP contiene 3 × 1022 m−3 di donatori. Il contatto n+ InP è più fortemente drogato, con una concentrazione di donatori pari a 1 × 1024 m−3.

Si noti che la regione centrale in InGaAs non presenta drogaggio intenzionale. La conseguente struttura p–i–n fa sì che la regione di svuotamento si estenda principalmente attraverso lo strato di assorbimento in InGaAs. Questo è un aspetto positivo per i fotodiodi, poiché il campo elettrico aiuta a separare le coppie elettrone-lacuna generate dalla luce e a trasportare le cariche verso i rispettivi contatti prima che si ricombinino. Il profilo di drogaggio svolge quindi un ruolo importante nel determinare il campo elettrico intrinseco, la raccolta delle cariche e le caratteristiche di funzionamento in polarizzazione inversa del dispositivo.Si noti che la regione centrale in InGaAs non presenta drogaggio intenzionale. La conseguente struttura p–i–n fa sì che la regione di svuotamento si estenda principalmente attraverso lo strato di assorbimento in InGaAs. Questo è un aspetto positivo per i fotodiodi, poiché il campo elettrico aiuta a separare le coppie elettrone-lacuna generate dalla luce e a trasportare le cariche verso i rispettivi contatti prima che si ricombinino. Il profilo di drogaggio svolge quindi un ruolo importante nel determinare il campo elettrico intrinseco, la raccolta delle cariche e le caratteristiche di funzionamento in polarizzazione inversa del dispositivo.

Lo strato assorbitore di InGaAs è una lega semiconduttrice ternaria, e non un composto puro. La sua composizione è In0,53Ga0,47As, che presenta una corrispondenza approssimativa con il reticolo cristallino di InP. Per analizzare la composizione della lega, aprire l’editor Gradients/Strain dalla barra multifunzione Elettrica (??).Lo strato assorbitore di InGaAs è una lega semiconduttrice ternaria, e non un composto puro. La sua composizione è In0,53Ga0,47As, che presenta una corrispondenza approssimativa con il reticolo cristallino di InP. Per analizzare la composizione della lega, aprire l’editor Gradients/Strain dalla barra multifunzione Elettrica (??).

Il grafico mostra la variabile di composizione x, che assume il valore 0,53 in tutto lo strato di InGaAs e il valore zero al di fuori di esso. In questo esempio, x rappresenta la frazione di indio, mentre la frazione di gallio è 1 − x = 0,47. La composizione è uniforme in tutto lo strato assorbitore, anche se OghmaNano consente anche di definire gradienti di composizione. La modifica della composizione della lega influisce sulle proprietà del materiale, come il gap di banda, la mobilità dei portatori e l’allineamento delle bande del semiconduttore, e può quindi influenzare sia l’assorbimento ottico che il trasporto elettrico.Il grafico mostra la variabile di composizione x, che assume il valore 0,53 in tutto lo strato di InGaAs e il valore zero al di fuori di esso. In questo esempio, x rappresenta la frazione di indio, mentre la frazione di gallio è 1 − x = 0,47. La composizione è uniforme in tutto lo strato assorbitore, anche se OghmaNano consente anche di definire gradienti di composizione. La modifica della composizione della lega influisce sulle proprietà del materiale, come il gap di banda, la mobilità dei portatori e l’allineamento delle bande del semiconduttore, e può quindi influenzare sia l’assorbimento ottico che il trasporto elettrico.

Oltre al drogaggio e alla composizione della lega, il comportamento elettrico del fotodiodo dipende dai parametri del materiale semiconduttore, quali il divario di energia, l’affinità elettronica, le densità di stati effettive, la mobilità dei portatori di carica e i coefficienti di ricombinazione. Questi parametri determinano gli spostamenti delle bande di conduzione e di valenza nelle eterogiunzioni InP/InGaAs e influenzano l’efficienza con cui gli elettroni e le lacune si muovono all’interno del dispositivo.Oltre al drogaggio e alla composizione della lega, il comportamento elettrico del fotodiodo dipende dai parametri del materiale semiconduttore, quali il divario di energia, l’affinità elettronica, le densità di stati effettive, la mobilità dei portatori di carica e i coefficienti di ricombinazione. Questi parametri determinano gli spostamenti delle bande di conduzione e di valenza nelle eterogiunzioni InP/InGaAs e influenzano l’efficienza con cui gli elettroni e le lacune si muovono all’interno del dispositivo.

Per esaminare queste proprietà, tornare alla finestra principale di OghmaNano, selezionare la scheda «Struttura del dispositivo» e fare clic su «Parametri elettrici» nella barra degli strumenti a sinistra. Si aprirà l'editor dei parametri elettrici editor dei parametri elettrici (??). L'editor contiene una scheda separata per ciascun strato semiconduttore, consentendo di esaminare in modo indipendente le proprietà delle regioni p+ InP, InGaAs intrinseco, InP di tipo n e InP di tipo n+.Per esaminare queste proprietà, tornare alla finestra principale di OghmaNano, selezionare la scheda «Struttura del dispositivo» e fare clic su «Parametri elettrici» nella barra degli strumenti a sinistra. Si aprirà l'editor dei parametri elettrici editor dei parametri elettrici (??). L'editor contiene una scheda separata per ciascun strato semiconduttore, consentendo di esaminare in modo indipendente le proprietà delle regioni p+ InP, InGaAs intrinseco, InP di tipo n e InP di tipo n+.

In questo esempio, le proprietà elettriche del materiale vengono ottenute da OghmaNano. database di materiali elettriciInvece di limitarsi a memorizzare valori numerici fissi, il database contiene Modelli di materiali in Lua che calcolano le proprietà dei semiconduttori in funzione di variabili quali la temperatura e la composizione della lega. Editor di codice visualizza lo script Lua associato al materiale selezionato, mentre Parametri scheda consente di visualizzare le proprietà numeriche corrispondenti del materiale. In questo esempio, le proprietà elettriche del materiale vengono ottenute da OghmaNano. database di materiali elettriciInvece di limitarsi a memorizzare valori numerici fissi, il database contiene Modelli di materiali in Lua che calcolano le proprietà dei semiconduttori in funzione di variabili quali la temperatura e la composizione della lega. Editor di codice visualizza lo script Lua associato al materiale selezionato, mentre Parametri scheda consente di visualizzare le proprietà numeriche corrispondenti del materiale.

Uno dei vantaggi dell’utilizzo del database di materiali elettrici è che le proprietà dei semiconduttori possono variare in funzione della temperatura e della composizione della lega, anziché essere considerate valori costanti. Ad esempio, il modello del materiale InP mostrato in ?? calcola il divario di energia in funzione della temperatura utilizzando l’equazione di Varshni:Uno dei vantaggi dell’utilizzo del database di materiali elettrici è che le proprietà dei semiconduttori possono variare in funzione della temperatura e della composizione della lega, anziché essere considerate valori costanti. Ad esempio, il modello del materiale InP mostrato in ?? calcola il divario di energia in funzione della temperatura utilizzando l’equazione di Varshni:

\[ E_g(T)=E_g(0)-\frac{\alpha T^2}{T+\beta} \] \[ E_g(T)=E_g(0)-\frac{\alpha T^2}{T+\beta} \]

In questo caso, \(E_g(0)\) rappresenta il divario di energia a temperatura zero, mentre \(\alpha\) e \(\beta\) sono parametri che dipendono dal materiale. Il modello del materiale InP utilizza questa relazione per calcolare un divario di energia di circa 1,35 eV a 300 K. Il modello del materiale InGaAs può descrivere in modo simile le proprietà che dipendono dalla composizione, consentendo alle variazioni della frazione di indio di influenzare la struttura a bande del semiconduttore simulato.In questo caso, \(E_g(0)\) rappresenta il divario di energia a temperatura zero, mentre \(\alpha\) e \(\beta\) sono parametri che dipendono dal materiale. Il modello del materiale InP utilizza questa relazione per calcolare un divario di energia di circa 1,35 eV a 300 K. Il modello del materiale InGaAs può descrivere in modo simile le proprietà che dipendono dalla composizione, consentendo alle variazioni della frazione di indio di influenzare la struttura a bande del semiconduttore simulato.

Queste relazioni tra i materiali sono particolarmente importanti per le eterogiunzioni di semiconduttori III–V. Le differenze nella larghezza di banda proibita e nell’affinità elettronica tra InP e InGaAs determinano discontinuità nelle bande di conduzione e di valenza. Queste discontinuità possono influenzare l’iniezione, l’estrazione e la ricombinazione delle cariche. Esamineremo i diagrammi di banda risultanti più avanti in questo tutorial.Queste relazioni tra i materiali sono particolarmente importanti per le eterogiunzioni di semiconduttori III–V. Le differenze nella larghezza di banda proibita e nell’affinità elettronica tra InP e InGaAs determinano discontinuità nelle bande di conduzione e di valenza. Queste discontinuità possono influenzare l’iniezione, l’estrazione e la ricombinazione delle cariche. Esamineremo i diagrammi di banda risultanti più avanti in questo tutorial.

3. Esecuzione della simulazione e analisi delle caratteristiche della curva corrente-tensione (J–V).3. Esecuzione della simulazione e analisi delle caratteristiche della curva corrente-tensione (J–V).

Per eseguire la simulazione del diodo PIN InGaAs/InP, fare clic sull’icona blu. Avvia la simulazione. pulsante all'interno di File nastro, oppure premi F9Apri il Terminale utilizzare la tabulazione per seguire l’avanzamento del calcolo (??). L’esempio è già configurato con gli strati di semiconduttore, i parametri dei materiali e l’illuminazione ottica appropriati, quindi non è necessario effettuare ulteriori impostazioni prima di eseguirlo. Per eseguire la simulazione del diodo PIN InGaAs/InP, fare clic sull’icona blu. Avvia la simulazione. pulsante all'interno di File nastro, oppure premi F9Apri il Terminale utilizzare la tabulazione per seguire l’avanzamento del calcolo (??). L’esempio è già configurato con gli strati di semiconduttore, i parametri dei materiali e l’illuminazione ottica appropriati, quindi non è necessario effettuare ulteriori impostazioni prima di eseguirlo.

OghmaNano esegue innanzitutto un calcolo ottico, determinando come la luce incidente a 1550 nm viene assorbita all’interno degli strati semiconduttori e calcolando la conseguente generazione di coppie elettrone-lacuna. Una volta completato il calcolo ottico, il programma avvia una scansione della curva corrente-tensione (J–V), applicando una serie di tensioni alla fotodiodo e calcolando la conseguente densità di corrente elettrica.OghmaNano esegue innanzitutto un calcolo ottico, determinando come la luce incidente a 1550 nm viene assorbita all’interno degli strati semiconduttori e calcolando la conseguente generazione di coppie elettrone-lacuna. Una volta completato il calcolo ottico, il programma avvia una scansione della curva corrente-tensione (J–V), applicando una serie di tensioni alla fotodiodo e calcolando la conseguente densità di corrente elettrica.

Per ogni valore di tensione applicata, OghmaNano risolve l'equazione di Poisson insieme alle equazioni di deriva-diffusione e di continuità per gli elettroni e le lacune. Il tasso di generazione ottica fornisce la sorgente dei portatori fotogenerati all'interno del modello elettrico. Per ulteriori informazioni, consultare la sezione teoria della modellazione a deriva-diffusione e la sezione modello a matrice di trasferimento ottico.Per ogni valore di tensione applicata, OghmaNano risolve l'equazione di Poisson insieme alle equazioni di deriva-diffusione e di continuità per gli elettroni e le lacune. Il tasso di generazione ottica fornisce la sorgente dei portatori fotogenerati all'interno del modello elettrico. Per ulteriori informazioni, consultare la sezione teoria della modellazione a deriva-diffusione e la sezione modello a matrice di trasferimento ottico.

Il terminale visualizza la tensione applicata ai contatti superiore e inferiore, insieme alla densità di corrente calcolata, espressa in A m−2. Il valore contrassegnato con top= indica la tensione applicata al contatto superiore, mentre btm= indica la tensione al contatto inferiore, che è mantenuta a 0 V. La quantità f()= rappresenta il residuo numerico del risolutore elettrico e indica quanto la soluzione calcolata soddisfi le equazioni del semiconduttore.Il terminale visualizza la tensione applicata ai contatti superiore e inferiore, insieme alla densità di corrente calcolata, espressa in A m−2. Il valore contrassegnato con top= indica la tensione applicata al contatto superiore, mentre btm= indica la tensione al contatto inferiore, che è mantenuta a 0 V. La quantità f()= rappresenta il residuo numerico del risolutore elettrico e indica quanto la soluzione calcolata soddisfi le equazioni del semiconduttore.

In questo esempio, la tensione viene variata da circa -2 V a +0,5 V, coprendo sia la condizione di polarizzazione inversa che quella di polarizzazione diretta. Si noti che la densità di corrente generata dalla luce rimane approssimativamente costante a -6,12 A m-2 per gran parte della regione di polarizzazione inversa. Questa è una caratteristica tipica di un fotodiodo PIN quando gli elettroni e le lacune generati dalla luce vengono raccolti in modo efficiente dal campo elettrico interno.In questo esempio, la tensione viene variata da circa -2 V a +0,5 V, coprendo sia la condizione di polarizzazione inversa che quella di polarizzazione diretta. Si noti che la densità di corrente generata dalla luce rimane approssimativamente costante a -6,12 A m-2 per gran parte della regione di polarizzazione inversa. Questa è una caratteristica tipica di un fotodiodo PIN quando gli elettroni e le lacune generati dalla luce vengono raccolti in modo efficiente dal campo elettrico interno.

Quando la tensione applicata diventa positiva, la corrente diretta che attraversa il diodo aumenta rapidamente, superando infine la fotocorrente (??). Una volta completato il calcolo, selezionare la scheda «Output» (??). Questa visualizza i file generati dalla simulazione, tra cui le caratteristiche elettriche J–V, i risultati ottici, le informazioni sulla simulazione e le immagini a risoluzione spaziale.Quando la tensione applicata diventa positiva, la corrente diretta che attraversa il diodo aumenta rapidamente, superando infine la fotocorrente (??). Una volta completato il calcolo, selezionare la scheda «Output» (??). Questa visualizza i file generati dalla simulazione, tra cui le caratteristiche elettriche J–V, i risultati ottici, le informazioni sulla simulazione e le immagini a risoluzione spaziale.

3.1 Analisi della curva corrente-tensione (J–V) in condizioni di illuminazione3.1 Analisi della curva corrente-tensione (J–V) in condizioni di illuminazione

Per analizzare il comportamento elettrico del fotodiodo, fare doppio clic su jv.csv nella scheda Output. Si aprirà così il grafico della densità di corrente-tensione del dispositivo illuminato (??). Il grafico mostra la densità di corrente che scorre attraverso il dispositivo in funzione della tensione applicata. La corrente negativa, in condizioni di polarizzazione inversa, segue la convenzione di segno utilizzata da OghmaNano.Per analizzare il comportamento elettrico del fotodiodo, fare doppio clic su jv.csv nella scheda Output. Si aprirà così il grafico della densità di corrente-tensione del dispositivo illuminato (??). Il grafico mostra la densità di corrente che scorre attraverso il dispositivo in funzione della tensione applicata. La corrente negativa, in condizioni di polarizzazione inversa, segue la convenzione di segno utilizzata da OghmaNano.

La curva J–V illuminata presenta due regioni ben distinte. In condizioni di polarizzazione inversa, la densità di corrente rimane approssimativamente costante a −6,12 A m−2. Ciò indica che l’aumento della tensione inversa produce una quantità relativamente piccola di fotocorrente aggiuntiva, in linea con un’efficiente raccolta dei portatori generati dalla luce.La curva J–V illuminata presenta due regioni ben distinte. In condizioni di polarizzazione inversa, la densità di corrente rimane approssimativamente costante a −6,12 A m−2. Ciò indica che l’aumento della tensione inversa produce una quantità relativamente piccola di fotocorrente aggiuntiva, in linea con un’efficiente raccolta dei portatori generati dalla luce.

In condizioni di polarizzazione diretta, la corrente aumenta rapidamente poiché elettroni e lacune vengono immessi attraverso la giunzione. Il conseguente aumento esponenziale è una caratteristica tipica del comportamento dei diodi a semiconduttore. Sebbene lo stesso dispositivo possa funzionare sia in polarizzazione diretta che inversa, i fotodiodi utilizzati per la rilevazione ottica vengono solitamente utilizzati in polarizzazione inversa per migliorare la raccolta di portatori di carica e la velocità di risposta.In condizioni di polarizzazione diretta, la corrente aumenta rapidamente poiché elettroni e lacune vengono immessi attraverso la giunzione. Il conseguente aumento esponenziale è una caratteristica tipica del comportamento dei diodi a semiconduttore. Sebbene lo stesso dispositivo possa funzionare sia in polarizzazione diretta che inversa, i fotodiodi utilizzati per la rilevazione ottica vengono solitamente utilizzati in polarizzazione inversa per migliorare la raccolta di portatori di carica e la velocità di risposta.

3.2 Confronto tra le caratteristiche della curva corrente-tensione (J–V) in condizioni di illuminazione e in assenza di luce.3.2 Confronto tra le caratteristiche della curva corrente-tensione (J–V) in condizioni di illuminazione e in assenza di luce.

Possiamo ora analizzare in che misura la corrente elettrica è dovuta alla luce incidente. A tal fine, ripeteremo la simulazione disattivando l’illuminazione e confronteremo le caratteristiche J–V risultanti, sia in condizioni di oscurità che di illuminazione. I due risultati sono mostrati in ?? e ??.Possiamo ora analizzare in che misura la corrente elettrica è dovuta alla luce incidente. A tal fine, ripeteremo la simulazione disattivando l’illuminazione e confronteremo le caratteristiche J–V risultanti, sia in condizioni di oscurità che di illuminazione. I due risultati sono mostrati in ?? e ??.

Selezionate la scheda «Optical» nella finestra principale di OghmaNano (??). Individuate il controllo denominato «Light intensity (Suns)». Sebbene l’interfaccia utilizzi la parola «Suns», questo controllo funge da moltiplicatore per lo spettro della sorgente luminosa selezionata. Non significa necessariamente che il dispositivo sia illuminato dalla luce solare.Selezionate la scheda «Optical» nella finestra principale di OghmaNano (??). Individuate il controllo denominato «Light intensity (Suns)». Sebbene l’interfaccia utilizzi la parola «Suns», questo controllo funge da moltiplicatore per lo spettro della sorgente luminosa selezionata. Non significa necessariamente che il dispositivo sia illuminato dalla luce solare.

Ad esempio, lo spettro solare standard AM1.5G ha un’irradianza totale di circa 1000 W m−2. Se viene selezionato questo spettro, un fattore di moltiplicazione di 1,0 corrisponde a un’irradianza solare standard. Tuttavia, il nostro fotodiodo InGaAs/InP utilizza uno spettro laser a 1550 nm anziché la luce solare. Se lo spettro laser ha un’irradianza totale di 10 W m−2, un fattore di moltiplicazione di 1,0 produce una densità di potenza ottica incidente di 10 W m−2, e non di 1000 W m−2.Ad esempio, lo spettro solare standard AM1.5G ha un’irradianza totale di circa 1000 W m−2. Se viene selezionato questo spettro, un fattore di moltiplicazione di 1,0 corrisponde a un’irradianza solare standard. Tuttavia, il nostro fotodiodo InGaAs/InP utilizza uno spettro laser a 1550 nm anziché la luce solare. Se lo spettro laser ha un’irradianza totale di 10 W m−2, un fattore di moltiplicazione di 1,0 produce una densità di potenza ottica incidente di 10 W m−2, e non di 1000 W m−2.

Per calcolare caratteristica J–V in condizioni di oscuritàcambiare Intensità della luce (unità di misura: Sun) da 1. 0 a 0.0Questo disabilita la generazione ottica dalla sorgente luminosa selezionata. Fare clic. Avvia la simulazione. di nuovo oppure premi F9e attendere il completamento del calcolo. Per calcolare caratteristica J–V in condizioni di oscuritàcambiare Intensità della luce (unità di misura: Sun) da 1. 0 a 0.0Questo disabilita la generazione ottica dalla sorgente luminosa selezionata. Fare clic. Avvia la simulazione. di nuovo oppure premi F9e attendere il completamento del calcolo.

Tornate alla scheda «Output» e fate doppio clic su jv.csv per esaminare la curva caratteristica J–V in condizioni di oscurità. Notate che la corrente inversa è ora molto più bassa rispetto a quando il dispositivo è illuminato. Il dispositivo continua a mostrare il consueto aumento esponenziale della corrente diretta, ma la corrente generata dalla luce non è più presente.Tornate alla scheda «Output» e fate doppio clic su jv.csv per esaminare la curva caratteristica J–V in condizioni di oscurità. Notate che la corrente inversa è ora molto più bassa rispetto a quando il dispositivo è illuminato. Il dispositivo continua a mostrare il consueto aumento esponenziale della corrente diretta, ma la corrente generata dalla luce non è più presente.

La differenza tra la corrente generata in condizioni di illuminazione e quella generata in assenza di luce determina la densità di fotocorrente prodotta dall’assorbimento dei fotoni incidenti:La differenza tra la corrente generata in condizioni di illuminazione e quella generata in assenza di luce determina la densità di fotocorrente prodotta dall’assorbimento dei fotoni incidenti:

\[ J_{\mathrm{ph}}(V) = J_{\mathrm{light}}(V)-J_{\mathrm{dark}}(V). \] \[ J_{\mathrm{ph}}(V) = J_{\mathrm{light}}(V)-J_{\mathrm{dark}}(V). \]

In questo caso, \(J_{\mathrm{light}}\) rappresenta la densità di corrente generata dalla luce, mentre \(J_{\mathrm{dark}}\) è la densità di corrente calcolata in assenza di illuminazione, mantenendo la stessa tensione applicata. Il segno della fotocorrente dipende dalla convenzione utilizzata per la corrente, pertanto viene utilizzato il suo valore assoluto nel calcolo della responsività.In questo caso, \(J_{\mathrm{light}}\) rappresenta la densità di corrente generata dalla luce, mentre \(J_{\mathrm{dark}}\) è la densità di corrente calcolata in assenza di illuminazione, mantenendo la stessa tensione applicata. Il segno della fotocorrente dipende dalla convenzione utilizzata per la corrente, pertanto viene utilizzato il suo valore assoluto nel calcolo della responsività.

La fotocorrente è approssimativamente proporzionale alla potenza ottica incidente quando il rivelatore opera nel suo regime lineare. Di conseguenza, un fotodiodo può misurare le variazioni di intensità ottica monitorando la corrente elettrica risultante. Questa relazione è quantificata dalla responsività del fotodiodo, che calcoleremo in seguito nel corso di questa guida.La fotocorrente è approssimativamente proporzionale alla potenza ottica incidente quando il rivelatore opera nel suo regime lineare. Di conseguenza, un fotodiodo può misurare le variazioni di intensità ottica monitorando la corrente elettrica risultante. Questa relazione è quantificata dalla responsività del fotodiodo, che calcoleremo in seguito nel corso di questa guida.

La piccolissima corrente di dispersione prevista da questa simulazione riflette i meccanismi fisici inclusi nel modello. I fotodiodi InGaAs/InP reali possono presentare una corrente di dispersione aggiuntiva dovuta alla generazione-ricombinazione nel volume del materiale, ai difetti dell’interfaccia, alle perdite superficiali e alla generazione di portatori facilitata dal campo elettrico. Di conseguenza, la corrente di dispersione calcolata non dovrebbe essere interpretata automaticamente come la corrente di dispersione di un dispositivo fabbricato.La piccolissima corrente di dispersione prevista da questa simulazione riflette i meccanismi fisici inclusi nel modello. I fotodiodi InGaAs/InP reali possono presentare una corrente di dispersione aggiuntiva dovuta alla generazione-ricombinazione nel volume del materiale, ai difetti dell’interfaccia, alle perdite superficiali e alla generazione di portatori facilitata dal campo elettrico. Di conseguenza, la corrente di dispersione calcolata non dovrebbe essere interpretata automaticamente come la corrente di dispersione di un dispositivo fabbricato.

3.3 Analisi dei dati della simulazione3.3 Analisi dei dati della simulazione

Oltre alla curva J–V, OghmaNano crea un file denominato sim_info.dat, che può essere aperto dalla scheda Output (??). Questo file contiene un riepilogo delle grandezze elettriche calcolate durante la simulazione, tra cui tensioni caratteristiche, densità di corrente, concentrazioni di portatori di carica, mobilità e altri parametri del dispositivo.Oltre alla curva J–V, OghmaNano crea un file denominato sim_info.dat, che può essere aperto dalla scheda Output (??). Questo file contiene un riepilogo delle grandezze elettriche calcolate durante la simulazione, tra cui tensioni caratteristiche, densità di corrente, concentrazioni di portatori di carica, mobilità e altri parametri del dispositivo.

Alcune delle grandezze indicate in questo file, come la densità di corrente di cortocircuito, la tensione a circuito aperto, il fattore di riempimento e l’efficienza di conversione della potenza, sono destinate principalmente a simulazioni fotovoltaiche. Sebbene OghmaNano possa calcolare queste grandezze per un fotodiodo, in genere non vengono utilizzate per caratterizzare le prestazioni di un rilevatore ottico polarizzato inversamente. Per i fotodiodi, le grandezze più importanti da considerare includono la responsività, l’efficienza quantica esterna, la corrente di dispersione e la risposta spettrale.Alcune delle grandezze indicate in questo file, come la densità di corrente di cortocircuito, la tensione a circuito aperto, il fattore di riempimento e l’efficienza di conversione della potenza, sono destinate principalmente a simulazioni fotovoltaiche. Sebbene OghmaNano possa calcolare queste grandezze per un fotodiodo, in genere non vengono utilizzate per caratterizzare le prestazioni di un rilevatore ottico polarizzato inversamente. Per i fotodiodi, le grandezze più importanti da considerare includono la responsività, l’efficienza quantica esterna, la corrente di dispersione e la risposta spettrale.

Nelle sezioni successive, analizzeremo il profilo di generazione ottica, i diagrammi delle bande di energia e il trasporto delle cariche all’interno del fotodiodo PIN InGaAs/InP. Utilizzeremo quindi la fotocorrente e la potenza ottica incidente calcolate per determinare la responsività del dispositivo a 1550 nm.Nelle sezioni successive, analizzeremo il profilo di generazione ottica, i diagrammi delle bande di energia e il trasporto delle cariche all’interno del fotodiodo PIN InGaAs/InP. Utilizzeremo quindi la fotocorrente e la potenza ottica incidente calcolate per determinare la responsività del dispositivo a 1550 nm.

4. Analisi dell’assorbimento ottico e variazione della lunghezza d’onda dell’illuminazione.4. Analisi dell’assorbimento ottico e variazione della lunghezza d’onda dell’illuminazione.

Nella sezione precedente, abbiamo analizzato la risposta elettrica del fotodiodo PIN InGaAs/InP quando esposto alla luce. Ora esamineremo come la luce si propaga attraverso gli strati del semiconduttore e dove vengono assorbiti i fotoni incidenti. Modificheremo inoltre la lunghezza d’onda della luce per dimostrare perché questo dispositivo è particolarmente adatto al rilevamento nel vicino infrarosso.Nella sezione precedente, abbiamo analizzato la risposta elettrica del fotodiodo PIN InGaAs/InP quando esposto alla luce. Ora esamineremo come la luce si propaga attraverso gli strati del semiconduttore e dove vengono assorbiti i fotoni incidenti. Modificheremo inoltre la lunghezza d’onda della luce per dimostrare perché questo dispositivo è particolarmente adatto al rilevamento nel vicino infrarosso.

L’esempio è configurato con un laser a 1550 nm, che corrisponde a una lunghezza d’onda comunemente utilizzata nelle comunicazioni tramite fibra ottica. A questa lunghezza d’onda, l’energia dei fotoni è di circa 0,80 eV. Questo valore è inferiore al gap energetico dell’InP (circa 1,35 eV), ma superiore a quello dell’In0,53Ga0,47As, che presenta una struttura reticolare compatibile (circa 0,75 eV). Di conseguenza, gli strati di InP sono in gran parte trasparenti alla luce incidente, consentendole di raggiungere l’assorbitore di InGaAs.L’esempio è configurato con un laser a 1550 nm, che corrisponde a una lunghezza d’onda comunemente utilizzata nelle comunicazioni tramite fibra ottica. A questa lunghezza d’onda, l’energia dei fotoni è di circa 0,80 eV. Questo valore è inferiore al gap energetico dell’InP (circa 1,35 eV), ma superiore a quello dell’In0,53Ga0,47As, che presenta una struttura reticolare compatibile (circa 0,75 eV). Di conseguenza, gli strati di InP sono in gran parte trasparenti alla luce incidente, consentendole di raggiungere l’assorbitore di InGaAs.

4.1 Osservazione dell’assorbimento ottico e della generazione di portatori di carica4.1 Osservazione dell’assorbimento ottico e della generazione di portatori di carica

Per analizzare il comportamento ottico del dispositivo, tornare alla finestra principale di OghmaNano e selezionare la scheda Ottica. Fare clic su Matrice di trasferimento per aprire l’editor della simulazione ottica. In questa finestra vengono visualizzati i risultati del calcolo ottico e si può esaminare come la luce interagisce con gli strati semiconduttori.Per analizzare il comportamento ottico del dispositivo, tornare alla finestra principale di OghmaNano e selezionare la scheda Ottica. Fare clic su Matrice di trasferimento per aprire l’editor della simulazione ottica. In questa finestra vengono visualizzati i risultati del calcolo ottico e si può esaminare come la luce interagisce con gli strati semiconduttori.

Selezionate la scheda relativa alla distribuzione dei fotoni assorbiti (??). Questa visualizza la distribuzione dei fotoni assorbiti in funzione della lunghezza d’onda e della posizione all’interno del dispositivo. L’asse orizzontale rappresenta la posizione attraverso gli strati del semiconduttore, mentre l’asse verticale rappresenta la lunghezza d’onda della luce incidente. La scala cromatica indica la densità locale dei fotoni assorbiti.Selezionate la scheda relativa alla distribuzione dei fotoni assorbiti (??). Questa visualizza la distribuzione dei fotoni assorbiti in funzione della lunghezza d’onda e della posizione all’interno del dispositivo. L’asse orizzontale rappresenta la posizione attraverso gli strati del semiconduttore, mentre l’asse verticale rappresenta la lunghezza d’onda della luce incidente. La scala cromatica indica la densità locale dei fotoni assorbiti.

Si noti che i fotoni assorbiti si concentrano intorno ai 1550 nm, corrispondenti allo spettro laser ristretto. L’assorbimento avviene principalmente nello strato di InGaAs, piuttosto che nella regione di InP. Questo è esattamente ciò che ci aspettiamo da un fotodiodo InGaAs/InP progettato per il rilevamento nel vicino infrarosso.Si noti che i fotoni assorbiti si concentrano intorno ai 1550 nm, corrispondenti allo spettro laser ristretto. L’assorbimento avviene principalmente nello strato di InGaAs, piuttosto che nella regione di InP. Questo è esattamente ciò che ci aspettiamo da un fotodiodo InGaAs/InP progettato per il rilevamento nel vicino infrarosso.

Ora, selezionate la scheda «Tasso di generazione» (??). Questa visualizza il tasso di generazione risolto spazialmente, G(y), espresso in unità di m−3 s−1. Il tasso di generazione indica il numero di coppie elettrone-lacuna create per unità di volume al secondo.Ora, selezionate la scheda «Tasso di generazione» (??). Questa visualizza il tasso di generazione risolto spazialmente, G(y), espresso in unità di m−3 s−1. Il tasso di generazione indica il numero di coppie elettrone-lacuna create per unità di volume al secondo.

Il diagramma illustra anche la struttura dello strato semiconduttore e i livelli di energia della banda di conduzione e della banda di valenza dei materiali, consentendo di mettere in relazione il profilo di generazione ottica direttamente con le eterogiunzioni InP/InGaAs. Si noti il netto aumento della generazione all’inizio dello strato InGaAs, seguito da una graduale diminuzione man mano che la luce si propaga attraverso l’assorbitore.Il diagramma illustra anche la struttura dello strato semiconduttore e i livelli di energia della banda di conduzione e della banda di valenza dei materiali, consentendo di mettere in relazione il profilo di generazione ottica direttamente con le eterogiunzioni InP/InGaAs. Si noti il netto aumento della generazione all’inizio dello strato InGaAs, seguito da una graduale diminuzione man mano che la luce si propaga attraverso l’assorbitore.

Le oscillazioni nel profilo di generazione sono dovute all’interferenza ottica all’interno della struttura multistrato. La luce riflessa alle interfacce del semiconduttore interferisce con la luce che si propaga in avanti, generando variazioni nell’intensità ottica e, di conseguenza, nella generazione di portatori di carica. Per un indice di rifrazione di circa 3,5, il periodo di interferenza caratteristico è \(\lambda/(2n)\), corrispondente a circa 220 nm a una lunghezza d’onda di 1550 nm.Le oscillazioni nel profilo di generazione sono dovute all’interferenza ottica all’interno della struttura multistrato. La luce riflessa alle interfacce del semiconduttore interferisce con la luce che si propaga in avanti, generando variazioni nell’intensità ottica e, di conseguenza, nella generazione di portatori di carica. Per un indice di rifrazione di circa 3,5, il periodo di interferenza caratteristico è \(\lambda/(2n)\), corrispondente a circa 220 nm a una lunghezza d’onda di 1550 nm.

Lo spettro laser selezionato può essere visualizzato anche tornando alla finestra principale di OghmaNano e facendo clic su «Sorgenti luminose» nella barra degli strumenti «Ottica». Si aprirà l’editor delle sorgenti luminose (??). La sorgente selezionata è un laser a 1550 nm, con un fattore di moltiplicazione dell’intensità pari a 1,0. Fare clic su «Ricostruisci» per visualizzare lo spettro. Notare il picco stretto centrato a 1550 nm, che spiega perché l’assorbimento avviene in un intervallo di lunghezze d’onda così ristretto.Lo spettro laser selezionato può essere visualizzato anche tornando alla finestra principale di OghmaNano e facendo clic su «Sorgenti luminose» nella barra degli strumenti «Ottica». Si aprirà l’editor delle sorgenti luminose (??). La sorgente selezionata è un laser a 1550 nm, con un fattore di moltiplicazione dell’intensità pari a 1,0. Fare clic su «Ricostruisci» per visualizzare lo spettro. Notare il picco stretto centrato a 1550 nm, che spiega perché l’assorbimento avviene in un intervallo di lunghezze d’onda così ristretto.

OghmaNano calcola il campo ottico all’interno del dispositivo utilizzando il metodo della matrice di trasferimento, tenendo conto della riflessione, della trasmissione e dell’interferenza alle interfacce del semiconduttore. L’energia ottica assorbita viene quindi convertita in una velocità di generazione risolta spazialmente, che viene trasmessa al risolutore elettrico che calcola la deriva e la diffusione.OghmaNano calcola il campo ottico all’interno del dispositivo utilizzando il metodo della matrice di trasferimento, tenendo conto della riflessione, della trasmissione e dell’interferenza alle interfacce del semiconduttore. L’energia ottica assorbita viene quindi convertita in una velocità di generazione risolta spazialmente, che viene trasmessa al risolutore elettrico che calcola la deriva e la diffusione.

Nel caso di illuminazione monocromatica, la velocità di generazione può essere correlata all’irradianza ottica locale mediante la seguente formula:Nel caso di illuminazione monocromatica, la velocità di generazione può essere correlata all’irradianza ottica locale mediante la seguente formula:

\[ G(y,\lambda)= \frac{\alpha(\lambda)I(y,\lambda)}{hc/\lambda}, \] \[ G(y,\lambda)= \frac{\alpha(\lambda)I(y,\lambda)}{hc/\lambda}, \]

dove \(\alpha\) è il coefficiente di assorbimento, \(I\) è l’irradianza ottica locale, \(h\) è la costante di Planck e \(c\) è la velocità della luce. Per una sorgente che emette diverse lunghezze d’onda, i contributi vengono integrati sull’intero spettro. Ulteriori dettagli sono disponibili nella documentazione del modello a matrice di trasferimento ottico.dove \(\alpha\) è il coefficiente di assorbimento, \(I\) è l’irradianza ottica locale, \(h\) è la costante di Planck e \(c\) è la velocità della luce. Per una sorgente che emette diverse lunghezze d’onda, i contributi vengono integrati sull’intero spettro. Ulteriori dettagli sono disponibili nella documentazione del modello a matrice di trasferimento ottico.

4.2 Modifica della lunghezza d’onda dell’illuminazione4.2 Modifica della lunghezza d’onda dell’illuminazione

Ora analizzeremo cosa succede quando la lunghezza d’onda dell’illuminazione viene modificata in modo significativo. Tornate all’editor della sorgente luminosa e individuate il menu a tendina «Spettro» nella scheda «Sorgente luminosa». Modificate lo spettro selezionato, passando da «1550 nm – laser» a «thorlabs/565 nm», che rappresenta un LED verde.Ora analizzeremo cosa succede quando la lunghezza d’onda dell’illuminazione viene modificata in modo significativo. Tornate all’editor della sorgente luminosa e individuate il menu a tendina «Spettro» nella scheda «Sorgente luminosa». Modificate lo spettro selezionato, passando da «1550 nm – laser» a «thorlabs/565 nm», che rappresenta un LED verde.

Lascia il moltiplicatore della sorgente impostato su 1.0 e fai clic su Ricostruisci per generare il nuovo spettro (??). Nota che il LED emette luce su un intervallo di lunghezze d’onda molto più ampio rispetto al laser, con un picco di emissione intorno ai 565 nm.Lascia il moltiplicatore della sorgente impostato su 1.0 e fai clic su Ricostruisci per generare il nuovo spettro (??). Nota che il LED emette luce su un intervallo di lunghezze d’onda molto più ampio rispetto al laser, con un picco di emissione intorno ai 565 nm.

Chiudere l’editor delle sorgenti luminose e tornare all’editor della simulazione ottica facendo clic su «Matrice di trasferimento» nella barra multifunzione principale. Fare clic su «Esegui simulazione ottica» per ricalcolare l’assorbimento ottico utilizzando la nuova sorgente luminosa. Selezionare la scheda «Distribuzione dei fotoni assorbiti» per visualizzare il risultato (??).Chiudere l’editor delle sorgenti luminose e tornare all’editor della simulazione ottica facendo clic su «Matrice di trasferimento» nella barra multifunzione principale. Fare clic su «Esegui simulazione ottica» per ricalcolare l’assorbimento ottico utilizzando la nuova sorgente luminosa. Selezionare la scheda «Distribuzione dei fotoni assorbiti» per visualizzare il risultato (??).

Attualmente, il modello di assorbimento è molto diverso. A 565 nm, l’energia del fotone è di circa 2,19 eV, un valore superiore alla banda proibita dell’InP. Di conseguenza, la luce incidente viene fortemente assorbita all’interno della regione p+ dell’InP, in prossimità della superficie illuminata. Solo una quantità minima di luce raggiunge l’assorbitore intrinseco di InGaAs.Attualmente, il modello di assorbimento è molto diverso. A 565 nm, l’energia del fotone è di circa 2,19 eV, un valore superiore alla banda proibita dell’InP. Di conseguenza, la luce incidente viene fortemente assorbita all’interno della regione p+ dell’InP, in prossimità della superficie illuminata. Solo una quantità minima di luce raggiunge l’assorbitore intrinseco di InGaAs.

Prima di proseguire, reimposta la sorgente luminosa sul laser a 1550 nm e fai clic su «Ricostruisci». In questo modo si garantirà che le simulazioni successive utilizzino l’illuminazione originale a 1550 nm.Prima di proseguire, reimposta la sorgente luminosa sul laser a 1550 nm e fai clic su «Ricostruisci». In questo modo si garantirà che le simulazioni successive utilizzino l’illuminazione originale a 1550 nm.

7. Analisi dei diagrammi delle bande di energia7. Analisi dei diagrammi delle bande di energia

Possiamo utilizzare OghmaNano per analizzare come le bande di energia variano in funzione della tensione applicata e dell’illuminazione. Dalla finestra principale, selezionare la scheda Output e fare doppio clic su snapshots per aprire il visualizzatore degli screenshot della simulazione. Fare clic sul pulsante + per aggiungere le curve e utilizzare i menu a tendina in «File» per selezionare Ec.csv (bordo della banda di conduzione), Ev.csv (bordo della banda di valenza), Fn.csv (livello quasi-Fermi degli elettroni) e Fp.csv (livello quasi-Fermi delle lacune). Il cursore posto sotto il grafico consente di passare da una tensione applicata all’altra.Possiamo utilizzare OghmaNano per analizzare come le bande di energia variano in funzione della tensione applicata e dell’illuminazione. Dalla finestra principale, selezionare la scheda Output e fare doppio clic su snapshots per aprire il visualizzatore degli screenshot della simulazione. Fare clic sul pulsante + per aggiungere le curve e utilizzare i menu a tendina in «File» per selezionare Ec.csv (bordo della banda di conduzione), Ev.csv (bordo della banda di valenza), Fn.csv (livello quasi-Fermi degli elettroni) e Fp.csv (livello quasi-Fermi delle lacune). Il cursore posto sotto il grafico consente di passare da una tensione applicata all’altra.

7.1 Bande di energia in assenza di luce7.1 Bande di energia in assenza di luce

Innanzitutto, analizzate i risultati con l’illuminazione spenta. I tre grafici seguenti mostrano il dispositivo a −0,6 V, 0 V e +0,45 V. A 0 V, il dispositivo è in equilibrio termico: i livelli di Fermi degli elettroni e delle lacune coincidono e rimangono costanti in tutto il dispositivo. Ciò significa che non c’è corrente netta di elettroni o lacune, anche se le bande di conduzione e di valenza presentano una pendenza nella regione intrinseca di InGaAs.Innanzitutto, analizzate i risultati con l’illuminazione spenta. I tre grafici seguenti mostrano il dispositivo a −0,6 V, 0 V e +0,45 V. A 0 V, il dispositivo è in equilibrio termico: i livelli di Fermi degli elettroni e delle lacune coincidono e rimangono costanti in tutto il dispositivo. Ciò significa che non c’è corrente netta di elettroni o lacune, anche se le bande di conduzione e di valenza presentano una pendenza nella regione intrinseca di InGaAs.

La pendenza delle bande rappresenta il campo elettrico intrinseco, che si genera nella giunzione tra le regioni di tipo p e di tipo n. All’equilibrio, le correnti di deriva e di diffusione si annullano a vicenda, dando luogo a una corrente netta nulla. Si noti inoltre la brusca variazione nelle bande di conduzione e di valenza alle interfacce InP/InGaAs. Si tratta di disallineamenti di banda in corrispondenza di eterogiunzioni, causati dalle differenze nei gap di banda e nelle affinità elettroniche dei due semiconduttori.La pendenza delle bande rappresenta il campo elettrico intrinseco, che si genera nella giunzione tra le regioni di tipo p e di tipo n. All’equilibrio, le correnti di deriva e di diffusione si annullano a vicenda, dando luogo a una corrente netta nulla. Si noti inoltre la brusca variazione nelle bande di conduzione e di valenza alle interfacce InP/InGaAs. Si tratta di disallineamenti di banda in corrispondenza di eterogiunzioni, causati dalle differenze nei gap di banda e nelle affinità elettroniche dei due semiconduttori.

In condizioni di polarizzazione inversa (−0,6 V), le bande di energia diventano più ripide, il che indica un campo elettrico più intenso. I livelli quasi-Fermi degli elettroni e delle lacune si separano perché i contatti sono mantenuti a potenziali elettrochimici diversi. Le loro pendenze indicano le forze motrici per il trasporto di elettroni e lacune: un livello quasi-Fermi piatto corrisponde a una corrente nulla per quel tipo di portatore di carica, mentre una pendenza indica che la corrente sta fluendo.In condizioni di polarizzazione inversa (−0,6 V), le bande di energia diventano più ripide, il che indica un campo elettrico più intenso. I livelli quasi-Fermi degli elettroni e delle lacune si separano perché i contatti sono mantenuti a potenziali elettrochimici diversi. Le loro pendenze indicano le forze motrici per il trasporto di elettroni e lacune: un livello quasi-Fermi piatto corrisponde a una corrente nulla per quel tipo di portatore di carica, mentre una pendenza indica che la corrente sta fluendo.

In condizioni di polarizzazione diretta (+0,45 V), la tensione applicata si oppone al potenziale di barriera intrinseco e le bande di energia diventano più piatte. La riduzione del potenziale di barriera consente l’iniezione di elettroni e lacune nella giunzione. Questo determina il rapido aumento della corrente osservato nella regione di polarizzazione diretta della curva J–V.In condizioni di polarizzazione diretta (+0,45 V), la tensione applicata si oppone al potenziale di barriera intrinseco e le bande di energia diventano più piatte. La riduzione del potenziale di barriera consente l’iniezione di elettroni e lacune nella giunzione. Questo determina il rapido aumento della corrente osservato nella regione di polarizzazione diretta della curva J–V.

7.2 Bande di energia in presenza di illuminazione.7.2 Bande di energia in presenza di illuminazione.

Ripristina il laser a 1550 nm, imposta il moltiplicatore di illuminazione su 1.0 e riesegui la simulazione. Apri nuovamente snapshots nella scheda Output e utilizza il cursore per esaminare i risultati illuminati. I tre grafici sottostanti mostrano i valori di -1,8 V, 0 V e +0,45 V.Ripristina il laser a 1550 nm, imposta il moltiplicatore di illuminazione su 1.0 e riesegui la simulazione. Apri nuovamente snapshots nella scheda Output e utilizza il cursore per esaminare i risultati illuminati. I tre grafici sottostanti mostrano i valori di -1,8 V, 0 V e +0,45 V.

La differenza fondamentale quando il materiale è illuminato è che i fotoni assorbiti generano ulteriori elettroni e lacune nello strato di InGaAs. Questi portatori di carica vengono spinti fuori dall’equilibrio termico, di conseguenza i livelli quasi-Fermi degli elettroni e delle lacune si separano. Questa separazione riflette le diverse concentrazioni di elettroni e lacune: \(F_n\) descrive la concentrazione di elettroni, mentre \(F_p\) descrive la concentrazione di lacune.La differenza fondamentale quando il materiale è illuminato è che i fotoni assorbiti generano ulteriori elettroni e lacune nello strato di InGaAs. Questi portatori di carica vengono spinti fuori dall’equilibrio termico, di conseguenza i livelli quasi-Fermi degli elettroni e delle lacune si separano. Questa separazione riflette le diverse concentrazioni di elettroni e lacune: \(F_n\) descrive la concentrazione di elettroni, mentre \(F_p\) descrive la concentrazione di lacune.

A una tensione di -1,8 V, il forte campo elettrico sposta gli elettroni e le lacune fotoeccitati verso i contatti opposti. Si noti che i livelli quasi di Fermi presentano pendenze diverse all’interno dell’assorbitore, il che riflette il trasporto di elettroni e lacune attraverso il dispositivo. Il campo consente alla fotodiodo di raccogliere in modo efficiente le cariche, spiegando la corrente inversa quasi costante osservata in precedenza.A una tensione di -1,8 V, il forte campo elettrico sposta gli elettroni e le lacune fotoeccitati verso i contatti opposti. Si noti che i livelli quasi di Fermi presentano pendenze diverse all’interno dell’assorbitore, il che riflette il trasporto di elettroni e lacune attraverso il dispositivo. Il campo consente alla fotodiodo di raccogliere in modo efficiente le cariche, spiegando la corrente inversa quasi costante osservata in precedenza.

A 0 V, in condizioni di illuminazione, le bande mantengono la loro pendenza intrinseca, ma i livelli quasi-Fermi degli elettroni e delle lacune non coincidono più in ogni punto. A differenza del caso di equilibrio al buio, il dispositivo genera e raccoglie portatori di carica, producendo una fotocorrente anche in assenza di una tensione esterna applicata. I livelli quasi-Fermi indicano quindi che il dispositivo non è più in equilibrio termico.A 0 V, in condizioni di illuminazione, le bande mantengono la loro pendenza intrinseca, ma i livelli quasi-Fermi degli elettroni e delle lacune non coincidono più in ogni punto. A differenza del caso di equilibrio al buio, il dispositivo genera e raccoglie portatori di carica, producendo una fotocorrente anche in assenza di una tensione esterna applicata. I livelli quasi-Fermi indicano quindi che il dispositivo non è più in equilibrio termico.

In condizioni di polarizzazione diretta (+0,45 V), le bande di energia diventano quasi piatte nell’assorbitore di InGaAs. Il campo elettrico più debole riduce la raccolta delle cariche dovuta alla deriva, mentre l’iniezione e la diffusione delle cariche diventano sempre più importanti. I livelli quasi di Fermi rimangono separati, riflettendo le popolazioni di elettroni e lacune non all’equilibrio in presenza di polarizzazione applicata.In condizioni di polarizzazione diretta (+0,45 V), le bande di energia diventano quasi piatte nell’assorbitore di InGaAs. Il campo elettrico più debole riduce la raccolta delle cariche dovuta alla deriva, mentre l’iniezione e la diffusione delle cariche diventano sempre più importanti. I livelli quasi di Fermi rimangono separati, riflettendo le popolazioni di elettroni e lacune non all’equilibrio in presenza di polarizzazione applicata.

L’aspetto fondamentale è che l’inclinazione delle bande di energia rivela il campo elettrico interno, mentre i livelli quasi-Fermi indicano come elettroni e lacune reagiscono all’illuminazione e alla tensione applicata. Insieme, queste grandezze spiegano come il fotodiodo genera e trasporta la corrente elettrica.L’aspetto fondamentale è che l’inclinazione delle bande di energia rivela il campo elettrico interno, mentre i livelli quasi-Fermi indicano come elettroni e lacune reagiscono all’illuminazione e alla tensione applicata. Insieme, queste grandezze spiegano come il fotodiodo genera e trasporta la corrente elettrica.

8. Calcolo della responsività del fotodiodo8. Calcolo della responsività del fotodiodo

Una delle caratteristiche più importanti di un fotodiodo è la sua responsività, che indica la corrente elettrica generata per unità di potenza ottica incidente. Si calcola dalla differenza tra la densità di corrente quando il dispositivo è illuminato e quella quando è al buio:Una delle caratteristiche più importanti di un fotodiodo è la sua responsività, che indica la corrente elettrica generata per unità di potenza ottica incidente. Si calcola dalla differenza tra la densità di corrente quando il dispositivo è illuminato e quella quando è al buio:

\[ R = \frac{|J_{\mathrm{light}}-J_{\mathrm{dark}}|} {P_{\mathrm{in}}} \qquad [\mathrm{A/W}]. \] \[ R = \frac{|J_{\mathrm{light}}-J_{\mathrm{dark}}|} {P_{\mathrm{in}}} \qquad [\mathrm{A/W}]. \]

In questo caso, \(P_{\mathrm{in}}\) rappresenta la densità di potenza ottica incidente, espressa in W m−2. Per la nostra simulazione, la densità di fotocorrente in polarizzazione inversa è di circa 6,12 A m−2. Supponendo un’irradianza laser incidente di 10 W m−2 e una corrente di dispersione trascurabile, la responsività è di circa 0,61 A/W.In questo caso, \(P_{\mathrm{in}}\) rappresenta la densità di potenza ottica incidente, espressa in W m−2. Per la nostra simulazione, la densità di fotocorrente in polarizzazione inversa è di circa 6,12 A m−2. Supponendo un’irradianza laser incidente di 10 W m−2 e una corrente di dispersione trascurabile, la responsività è di circa 0,61 A/W.

A 1550 nm, la responsività teorica massima, calcolata considerando un elettrone raccolto per fotone incidente, è di circa 1,25 A/W. Il valore che abbiamo calcolato corrisponde quindi a un’efficienza quantica esterna di circa il 49%. La differenza rispetto al valore ideale può essere dovuta alla riflessione ottica, all’assorbimento incompleto e alle perdite durante la raccolta delle cariche.A 1550 nm, la responsività teorica massima, calcolata considerando un elettrone raccolto per fotone incidente, è di circa 1,25 A/W. Il valore che abbiamo calcolato corrisponde quindi a un’efficienza quantica esterna di circa il 49%. La differenza rispetto al valore ideale può essere dovuta alla riflessione ottica, all’assorbimento incompleto e alle perdite durante la raccolta delle cariche.

Provate a modificare lo spessore dello strato assorbitore in InGaAs e a ripetere il calcolo. Come cambia la responsività?Provate a modificare lo spessore dello strato assorbitore in InGaAs e a ripetere il calcolo. Come cambia la responsività?

10. Ulteriori indagini.10. Ulteriori indagini.

Una volta che la fotodiodo di riferimento è in funzione, modificare un parametro alla volta può aiutare a identificare quali componenti del dispositivo controllano la sua risposta.Una volta che la fotodiodo di riferimento è in funzione, modificare un parametro alla volta può aiutare a identificare quali componenti del dispositivo controllano la sua risposta.

8. Calcolo dell’efficienza quantica esterna (EQE)8. Calcolo dell’efficienza quantica esterna (EQE)

L’efficienza quantica esterna (EQE) indica la percentuale di fotoni incidenti che contribuiscono alla corrente elettrica. A differenza della curva J–V, che misura la risposta a una specifica sorgente luminosa, l’EQE mostra quanto efficacemente il fotodiodo rileva la luce a diverse lunghezze d’onda.L’efficienza quantica esterna (EQE) indica la percentuale di fotoni incidenti che contribuiscono alla corrente elettrica. A differenza della curva J–V, che misura la risposta a una specifica sorgente luminosa, l’EQE mostra quanto efficacemente il fotodiodo rileva la luce a diverse lunghezze d’onda.

Per calcolare l’EQE, innanzitutto è necessario modificare l’illuminazione impostando uno spettro a banda larga. Nella finestra principale di OghmaNano, selezionare la scheda Ottica e fare clic su Sorgenti luminose (l’icona del faro). Nell’editor delle sorgenti luminose, modificare lo spettro impostandolo su AM1.5G e fare clic su Ricostruisci (??). È necessario uno spettro a banda larga perché vogliamo calcolare la risposta del fotodiodo su un’ampia gamma di lunghezze d’onda, e non solo a 1550 nm.Per calcolare l’EQE, innanzitutto è necessario modificare l’illuminazione impostando uno spettro a banda larga. Nella finestra principale di OghmaNano, selezionare la scheda Ottica e fare clic su Sorgenti luminose (l’icona del faro). Nell’editor delle sorgenti luminose, modificare lo spettro impostandolo su AM1.5G e fare clic su Ricostruisci (??). È necessario uno spettro a banda larga perché vogliamo calcolare la risposta del fotodiodo su un’ampia gamma di lunghezze d’onda, e non solo a 1550 nm.

Successivamente, tornate alla finestra principale e selezionate Tipo di simulazione nastro e clic EQE (??). Clicca Avvia la simulazione.o premi F9OghmaNano calcola la risposta a diverse lunghezze d’onda per determinare l’efficienza con cui i fotoni incidenti vengono convertiti in carica elettrica. Successivamente, tornate alla finestra principale e selezionate Tipo di simulazione nastro e clic EQE (??). Clicca Avvia la simulazione.o premi F9OghmaNano calcola la risposta a diverse lunghezze d’onda per determinare l’efficienza con cui i fotoni incidenti vengono convertiti in carica elettrica.

Una volta completata la simulazione, aprire la scheda «Risultati» (??). I risultati includono l’efficienza quantica esterna (EQE) e l’efficienza quantica interna (IQE), oltre a file aggiuntivi che descrivono la risposta ottica. Fare doppio clic su eqe.csv per visualizzare l’EQE in funzione della lunghezza d’onda (??).Una volta completata la simulazione, aprire la scheda «Risultati» (??). I risultati includono l’efficienza quantica esterna (EQE) e l’efficienza quantica interna (IQE), oltre a file aggiuntivi che descrivono la risposta ottica. Fare doppio clic su eqe.csv per visualizzare l’EQE in funzione della lunghezza d’onda (??).

L’efficienza quantica esterna (EQE) calcolata raggiunge circa il 98% intorno agli 850 nm e rimane relativamente elevata su un ampio intervallo di lunghezze d’onda. Alla lunghezza d’onda operativa prevista di 1550 nm, l’EQE è di circa il 70–75%. La diminuzione alle lunghezze d’onda maggiori si verifica perché l’energia dei fotoni si avvicina al divario di banda dell’InGaAs, riducendo l’assorbimento ottico all’interno dell’assorbitore.L’efficienza quantica esterna (EQE) calcolata raggiunge circa il 98% intorno agli 850 nm e rimane relativamente elevata su un ampio intervallo di lunghezze d’onda. Alla lunghezza d’onda operativa prevista di 1550 nm, l’EQE è di circa il 70–75%. La diminuzione alle lunghezze d’onda maggiori si verifica perché l’energia dei fotoni si avvicina al divario di banda dell’InGaAs, riducendo l’assorbimento ottico all’interno dell’assorbitore.

L’efficienza quantica esterna (EQE) dipende anche dalle condizioni di illuminazione. I dispositivi a semiconduttore possono presentare un comportamento non lineare a causa della ricombinazione e del trasporto di carica, pertanto l’efficienza calcolata può variare in funzione dell’intensità ottica. Sebbene in questo caso utilizziamo lo spettro AM1.5G per fornire un’illuminazione a banda larga, per una specifica applicazione di fotodiodo è preferibile valutare l’EQE utilizzando intensità ottiche rappresentative delle condizioni operative previste.L’efficienza quantica esterna (EQE) dipende anche dalle condizioni di illuminazione. I dispositivi a semiconduttore possono presentare un comportamento non lineare a causa della ricombinazione e del trasporto di carica, pertanto l’efficienza calcolata può variare in funzione dell’intensità ottica. Sebbene in questo caso utilizziamo lo spettro AM1.5G per fornire un’illuminazione a banda larga, per una specifica applicazione di fotodiodo è preferibile valutare l’EQE utilizzando intensità ottiche rappresentative delle condizioni operative previste.

La relazione tra l’efficienza quantica esterna (EQE) e la responsività del fotodiodo è la seguente:La relazione tra l’efficienza quantica esterna (EQE) e la responsività del fotodiodo è la seguente:

\[ R(\lambda)=\mathrm{EQE}(\lambda)\frac{q\lambda}{hc}. \] \[ R(\lambda)=\mathrm{EQE}(\lambda)\frac{q\lambda}{hc}. \]

A una lunghezza d’onda di 1550 nm, un valore di efficienza quantica esterna (EQE) del 75% corrisponde a una responsività di circa 0,94 A/W. Questo offre un metodo utile per collegare la risposta spettrale simulata con la corrente fotoelettrica calcolata in precedenza nel presente tutorial.A una lunghezza d’onda di 1550 nm, un valore di efficienza quantica esterna (EQE) del 75% corrisponde a una responsività di circa 0,94 A/W. Questo offre un metodo utile per collegare la risposta spettrale simulata con la corrente fotoelettrica calcolata in precedenza nel presente tutorial.

9. Riepilogo e principali concetti appresi9. Riepilogo e principali concetti appresi

In questo tutorial, abbiamo utilizzato OghmaNano per simulare una fotodiodo PIN InGaAs/InP progettata per il rilevamento ottico a 1550 nm. Partendo da un dispositivo preconfigurato, abbiamo analizzato la sua struttura a semiconduttore, il profilo di drogaggio, la composizione della lega e i parametri elettrici del materiale.In questo tutorial, abbiamo utilizzato OghmaNano per simulare una fotodiodo PIN InGaAs/InP progettata per il rilevamento ottico a 1550 nm. Partendo da un dispositivo preconfigurato, abbiamo analizzato la sua struttura a semiconduttore, il profilo di drogaggio, la composizione della lega e i parametri elettrici del materiale.

Successivamente, abbiamo calcolato le caratteristiche della corrente-tensione (J–V) nelle condizioni di assenza e presenza di luce, analizzato l’assorbimento ottico e la generazione di portatori di carica e studiato come le bande di energia e i livelli quasi-Fermi variano in funzione della tensione applicata e dell’illuminazione. Confrontando un laser a 1550 nm con un LED a 565 nm, abbiamo dimostrato come la finestra in InP consenta alla luce a infrarossi prossimi di raggiungere l’assorbitore in InGaAs, assorbendo al contempo gran parte della luce visibile.Successivamente, abbiamo calcolato le caratteristiche della corrente-tensione (J–V) nelle condizioni di assenza e presenza di luce, analizzato l’assorbimento ottico e la generazione di portatori di carica e studiato come le bande di energia e i livelli quasi-Fermi variano in funzione della tensione applicata e dell’illuminazione. Confrontando un laser a 1550 nm con un LED a 565 nm, abbiamo dimostrato come la finestra in InP consenta alla luce a infrarossi prossimi di raggiungere l’assorbitore in InGaAs, assorbendo al contempo gran parte della luce visibile.

Infine, abbiamo calcolato l’efficienza quantica esterna (EQE) in funzione della lunghezza d’onda ed esaminato la sua relazione con la responsività del fotodiodo. Nel complesso, queste simulazioni dimostrano come OghmaNano combini i calcoli basati sulla matrice di trasferimento ottico con la modellazione elettrica del fenomeno di deriva-diffusione per prevedere il comportamento dei fotodetettori a semiconduttore.Infine, abbiamo calcolato l’efficienza quantica esterna (EQE) in funzione della lunghezza d’onda ed esaminato la sua relazione con la responsività del fotodiodo. Nel complesso, queste simulazioni dimostrano come OghmaNano combini i calcoli basati sulla matrice di trasferimento ottico con la modellazione elettrica del fenomeno di deriva-diffusione per prevedere il comportamento dei fotodetettori a semiconduttore.

Ora è possibile sperimentare modificando lo spessore dello strato assorbitore, la composizione della lega, le concentrazioni di drogaggio o la lunghezza d’onda dell’illuminazione, al fine di studiare come questi parametri influenzano le prestazioni del fotodiodo.Ora è possibile sperimentare modificando lo spessore dello strato assorbitore, la composizione della lega, le concentrazioni di drogaggio o la lunghezza d’onda dell’illuminazione, al fine di studiare come questi parametri influenzano le prestazioni del fotodiodo.

Per maggiori informazioni sull’importazione di spettri laser e LED personalizzati, consultare il database Database degli spettri ottici. Il database Database dei materiali elettrici descrive come è possibile definire le proprietà dei materiali semiconduttori utilizzando script Lua.Per maggiori informazioni sull’importazione di spettri laser e LED personalizzati, consultare il database Database degli spettri ottici. Il database Database dei materiali elettrici descrive come è possibile definire le proprietà dei materiali semiconduttori utilizzando script Lua.