[发明专利]基于最小二乘法量子光电探测器低温测试的仿真建模

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测器技术领域，尤其是一种基于最小二乘法量子光电探测器低温测试的仿真建模。

背景技术

光电子技术在高技术武器装备中的重大应用,如侦察、夜视、导航、火控、预警和监视、激光雷达、准确制导和激光武器等，大量应用在光电武器系统中的大多数光电探测器必须在低温下才能正常工作，微型低温制冷机的出现和发展与军用光电子技术的需求有着十分密切的关系。微型低温制冷机具有结构微型化、制冷量小、功耗低、制冷效率高等特点,专门适合于要求特殊制冷环境的武器装备使用。

现有技术的低温系统测试设备体积庞大，需要杜瓦等金属结构材料支撑，通过液氦或液氮制冷，使得光电探测器的低温参数测试成本高，而且测试过程复杂，不但费时、费力，而且效率低，如果实验反复测试需要消耗更多的资源。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的基于最小二乘法量子光电探测器低温的仿真建模，采用最小二乘算法对测试的I-V和C-V特性曲线建立低温T与I和V之间的虚拟关系，从而预测不同低温下的电特性曲线，并将预测的特性曲线与实际测试的特性曲线进行比对，能准确反映量子效应光电探测器低温特性，仿真精度高，使用方便，降低了测试成本，提高了测试效率高。

本发明的目的是这样实现的：一种基于最小二乘法量子光电探测器低温测试的仿真建模，其特点是利用最小二乘算法对光电探测器的I-V特性曲线建立低温T与I和V的仿真模型，以预测不同低温下的光电特性曲线，具体仿真建模按下述步骤进行：

（1）、光电探测器特性参数的测试

基于光电测试平台，作出光电探测器不同温度下的I-V特性曲线簇。

（2）、光电探测器特性曲线的拟合

利用“Matlab”软件对上述作出的I-V特性曲线簇进行拟合，得到不同温度下f(V)=a×exp(b×V)+c×exp(d×V)的拟合方程，其中：I为光电流；V为光电探测器偏压；exp为指数函数；a、b、c和d为决定I-V曲线基本特性和走势的四个参数。

（3）、建立低温测试的仿真建模

采用最小二乘算法对拟合的方程组进行训练，得到低温T与a、b、c和d的四个参数方程，然后由a、b、c和d四个参数与I=a×exp(b×V)+c×exp(d×V)建立温度T与I和V的仿真模型，以预测不同低温下的光电特性曲线。

本发明与现有技术相比具有不需真空设备测试低温试验，就可有效得到器件在任意低温下的IV响应，仿真精度高，使用方便，准确反映量子效应光电探测器低温特性，利用Matlab自带拟合，只需简单的编程，拟合曲线不需要分段，有效避免了对于分段点选择不正确而带来的误差，能够方便预测某低温下的I-V和C-V曲线，解决了半导体器件低温测试困难的缺陷，节省成本，可移植性强，可把预测算法用于某些工业温度测量中，做辅助预测。

附图说明

图1为训练和拟合确定的参数a曲线图；

图2为训练和拟合确定的参数b曲线图；

图3为训练和拟合确定的参数c曲线图；

图4为训练和拟合确定的参数d曲线图；

图5为T=5K拟合仿真预测的光电特性曲线图；

图6为T=5K实测的光电特性曲线图；

图7为T=90K拟合仿真预测的光电特性曲线图；

图8为T=90K实测的光电特性曲线图。

具体实施方式

下面以光电探测器的仿真建模为例，对本发明作进一步说明。

实施例1

（1）、光电探测器特性参数的测试

基于光电测试平台，采用“Kelthley”4200-SCS半导体特性分析仪和波长为633nm的氦氖激光器，测试量子点-量子阱光电探测器在温度分别是30K、60K、120K、150K、180K、210K、240K、270K和300K下的I-V和C-V特性曲线。

（2）、光电探测器特性曲线的拟合

利用“Matlab”软件对上述作出的I-V特性曲线簇进行拟合，得到不同温度下I=f(V)=a×exp(b×V)+c×exp(d×V)的拟合方程，其中：I为光电流；V为光电探测器偏压；exp为指数函数；a、b、c和d为决定I-V曲线基本特性和走势的四个参数。