终检评审通过 创新训练 510电子与通信技术 通信网络市级

随着潜艇在中国国防建设中占有的重要地位，未来如何进一步提高潜艇下通信的隐蔽性、安全性及动机性，需寻求具有深水、高数据率、抗干扰性强、长距离等特点的水下光通信技术。蓝绿光波段（400nm-550nm）是水中的吸收衰减系数最小，穿透能力最强的光窗口，弱通信信号的接收辨别取决于对蓝绿光探测能力。水下光信号的传输距离主要由光探测器的灵敏度决定， 基于雪崩倍增效应的雪崩光电探测器（Avalanche Photodiode，缩写为APD），是光电探测器灵敏度的极限。常用半导体材料以及其他类型的半导体在吸收蓝绿光与分离光生载流子收集或水下工作条件方面存在不同程度的问题制约，高速高效的蓝绿光吸收和响应仍是水下高速光通信探测器亟待解决的难题。实现和提高蓝绿光响应的解决方案可分成三类：能带调控法、表面态调控法和横向电场法。 通过灵活利用现有网络资源阅读大量有关水下光通信有关文章，获取其中有效信息，了解水下光通性的发展前沿以及亟待解决的一些问题，分析对水下光通信的需求与优化的发展方向，掌握优化的基本原理，明确目前对水下光通信的制约情况。通过结构设计使得吸收的光子尽量产生载流子，通过优化电场使得产生的载流子能够被分离到电极，成为有效电流，进而提升蓝绿光的探测性能。研究蓝绿光的吸收和高效响应，解决光敏尺寸与载流子渡越时间之间的矛盾，给出一个具体的结构设计方案，最好设计并能够制作出器件。 本项目将采取理论与仿真相结合的研究方法来研究。通过理论和仿真优化结构、指导参数定制，通过仿真模拟优化性能，最后制作出实体。通过学习基本原理与目前对水下光通信的制约情况，针对蓝绿波段（440nm~550nm）来设计超浅 PN 结结构的 APD。传统的硅 APD 的结区一般在 3~5 微米左右，这将导致传统设计方法下的硅 APD 对蓝绿波段光的吸收光没有显著的雪崩放大效应，导致APD对于蓝绿光的探测效率偏低。用Si做基材料，通过n + -p-π-p +外延结构仿真器件的电场分布。通过器件优化设计，主要使用Silvaco 软件仿真，设计不同的结构参数和工艺条件来仿真器件的暗电流、增益、光谱响应等参数，寻找暗电流和探测效率平衡的合适参数；然后根据 Silvaco 软件仿真雪崩区与吸收区的电场分配，通过调整 n 型与 p 型注入离子调控雪崩区与吸收区的电压，降低吸收区的分压，确保雪崩区电场从而降低雪崩建立时间；优化电场分布，从而降低暗计数，确保了高的光子探测效率根据仿真结果来分析和调整结构参数与工艺参数，采用表面插指技术来增强对 P 区载流子的收集，表面浅结技术的APD 来实现对蓝绿波段吸收光产生的载流子的雪崩放大，从而有效提高 APD对蓝绿波长光的探测效率。