طراحي، شبيه‌سازي و بهينه سازي يك حسگر تصويربرداري بر پايه CMOS به‌منظور بهبود نسبت سيگنال به نويز در سيستم‌هاي هشداردهنده ليزري

كارشناسي ارشد

در دهه‌هاي اخير فتوديودهاي بهمني InP/InGaAs در سيستم‌هاي مخابرات نوري از راه دور و سيستم‌هاي هشداردهنده ليزري، به دليل داشتن سرعت بالا، بهره- پهناي باند بالا توجه زيادي را به خود جلب كرده است. سيستم‌هاي هشدار دهنده ليزري به‌منظور تشخيص سيگنال‌هاي نوري در محدوده طول موجي مادون قرمز نزديك (NIR) به كار مي‌روند و از سيستم عامل‌هايي از جمله كارخانه‌ها، كشتي‌ها و ... محافظت مي‌كنند. هشدار دهنده ليزري شامل چندين زيرسيستم است كه از ميان آن‌ها زيرسيستم آشكارسازي از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. محدوديت‌هاي فيزيكي تحميل‌شده از سوي تابش خورشيد به هشداردهنده ليزري و تضعيف اتمسفر موجب شده كه آشكارسازي توان پايين (1-10μW) تهديدات ليزري مشكل شود. بدين سبب آشكارسازهاي بهمني به جهت دارا بودن حساسيت بسيار بالا، مورد استفاده قرار گرفتند. در اين پايان نامه به منظور بهبود نسبت سيگنال به نويز(SNR) در سيستم آشكارسازي، افزاره پيشنهادي فتوديود بهمني InP/InGaAs با لايه‌هاي جذب، گريدينگ، بار و تكثير جداسازي شده (SAGCM APD) باوجود دو حلقه محافظ و سه لايه نازك InGaAsP طراحي شده است. علاوه بر اين، بهينه سازي ضخامت لايه تكثير منجر به كاهش مشخصات نويز در طراحي افزاره SAGCM APD شده است. نتايج محاسبات نشان داد بهينه سازي لايه تكثير موجب كاهش ضريب نويز اضافي شده و مقدار آن برابر 2.6% به دست آمده كه از ديگر كارهاي مشابه 10.3% كمتر است. به‌علاوه، جريان تاريك و جريان نوري در 0.9V_br به ترتيب 0.01nA و 40μA حاصل شده است. بنابراين بازدهي و پاسخ دهي نوري سيستم آشكارسازي افزايش يافته و مشخصات نويز كاهش مي‌يابند. بر اساس شبيه سازي ها، ولتاژ شكست، ولتاژ Vpt و ولتاژ باياس در ميانگين بهره برابر 10 به ترتيب 39V ، 14V و 37V به دست مي‌آيد و اين منجر به ساده سازي باياس و كاهش توان مصرفي مي‌شود. در ساختار پيشنهادي با كاهش مشخصات نويز، در نهايت نسبت سيگنال به نويز در هشداردهنده ليزري، 345dB محاسبه شده كه نسبت به ساير كارهاي مشابه تقريباً 100dB بهبود يافته است.

193404

دانشگاه علم و صنعت ايران

افزاره هاي ميكرو و نانو الكترونيك

دكتر شهرام محمدنژاد