본 논문에서는 양자 암호통신을 위한 단일광자 검출기를 설계하기 위해 Avalanche Photodiode(APD)의 종류와 물리적 특성, 그리고 양자우물의 물리적 특성을 알아본다. 그리고 이를 토대로 Multiple Quantum Well(MQW) APD를 설계하여 시뮬레이션을 하고 분석을 논의할 것이다. APD는 photocurrent를 증배시키기 위해 avalanche 효과를 사용하는 ...
본 논문에서는 양자 암호통신을 위한 단일광자 검출기를 설계하기 위해 Avalanche Photodiode(APD)의 종류와 물리적 특성, 그리고 양자우물의 물리적 특성을 알아본다. 그리고 이를 토대로 Multiple Quantum Well(MQW) APD를 설계하여 시뮬레이션을 하고 분석을 논의할 것이다. APD는 photocurrent를 증배시키기 위해 avalanche 효과를 사용하는 포토다이오드로 몇 가지 구조 중에 Separated Absorption, Grading, Charge and Multiplication(SAGCM)를 선택하여 응용하였다. 한편 반도체에서 양자우물은 밴드갭이 큰 물질 사이에 밴드갭이 작은 물질을 삽입한 형태이다. 이러한 양자우물 구조는 우물 영역에서 쉽게 빛을 흡수할 수 있고, 베리어 영역에서 carrier가 Band-to-Band Tunneling(BBT) 되는 것을 막아주는 장점이 있다. 단일광자를 검출하기 위해서는 역 바이어스를 breakdown 근처까지 인가해 주는 Geiger mode를 사용하므로 BBT를 억제하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 여러 층의 양자우물을 SAGCM APD의 증배층에 삽입하고 흡수층을 줄여 문제를 극복하였다. 그리고 설계한 MQW APD와 기존의 SAGCM APD의 시뮬레이션결과를 비교하고 양자 암호통신에 적합하다는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 양자 암호통신을 위한 단일광자 검출기를 설계하기 위해 Avalanche Photodiode(APD)의 종류와 물리적 특성, 그리고 양자우물의 물리적 특성을 알아본다. 그리고 이를 토대로 Multiple Quantum Well(MQW) APD를 설계하여 시뮬레이션을 하고 분석을 논의할 것이다. APD는 photocurrent를 증배시키기 위해 avalanche 효과를 사용하는 포토다이오드로 몇 가지 구조 중에 Separated Absorption, Grading, Charge and Multiplication(SAGCM)를 선택하여 응용하였다. 한편 반도체에서 양자우물은 밴드갭이 큰 물질 사이에 밴드갭이 작은 물질을 삽입한 형태이다. 이러한 양자우물 구조는 우물 영역에서 쉽게 빛을 흡수할 수 있고, 베리어 영역에서 carrier가 Band-to-Band Tunneling(BBT) 되는 것을 막아주는 장점이 있다. 단일광자를 검출하기 위해서는 역 바이어스를 breakdown 근처까지 인가해 주는 Geiger mode를 사용하므로 BBT를 억제하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 여러 층의 양자우물을 SAGCM APD의 증배층에 삽입하고 흡수층을 줄여 문제를 극복하였다. 그리고 설계한 MQW APD와 기존의 SAGCM APD의 시뮬레이션결과를 비교하고 양자 암호통신에 적합하다는 것을 확인하였다.
In this thesis, in order to design single photon detectors for quantum cryptography communication systems, the physical properties of Avalanche Photodiode(APD) and quantum well are studied. Based on this study, the Multiple Quantum Well(MQW) APD is designed and the simulation analysis is carried out...
In this thesis, in order to design single photon detectors for quantum cryptography communication systems, the physical properties of Avalanche Photodiode(APD) and quantum well are studied. Based on this study, the Multiple Quantum Well(MQW) APD is designed and the simulation analysis is carried out. At an APD photocurrent is multiplied by avalanche effect. There are some kinds of APD structures and Separated Absorption, Grading, Charge and Multiplication(SAGCM) is used. On the other hand, a semiconductor quantum well is the structure that small band gap materials are inserted between large band gap materials. This quantum well structure can absorb light at well regions and reduce Band-to-Band Tunneling(BBT) by barrier regions. For detecting a single photon, reverse bias near breakdown voltage is applied on an APD. This method is called Geiger mode. Reducing BBT is an important problem for using Geiger mode. The BBT problem is overcome by inserting the MQW on multiplication regions and reducing thickness of the absorption layer. Then, this thesis compare the simulation results of MQW APD and bulk SAGCM APD. Finally, it is found that MQW APD is suitable for quantum cryptography communication systems.
In this thesis, in order to design single photon detectors for quantum cryptography communication systems, the physical properties of Avalanche Photodiode(APD) and quantum well are studied. Based on this study, the Multiple Quantum Well(MQW) APD is designed and the simulation analysis is carried out. At an APD photocurrent is multiplied by avalanche effect. There are some kinds of APD structures and Separated Absorption, Grading, Charge and Multiplication(SAGCM) is used. On the other hand, a semiconductor quantum well is the structure that small band gap materials are inserted between large band gap materials. This quantum well structure can absorb light at well regions and reduce Band-to-Band Tunneling(BBT) by barrier regions. For detecting a single photon, reverse bias near breakdown voltage is applied on an APD. This method is called Geiger mode. Reducing BBT is an important problem for using Geiger mode. The BBT problem is overcome by inserting the MQW on multiplication regions and reducing thickness of the absorption layer. Then, this thesis compare the simulation results of MQW APD and bulk SAGCM APD. Finally, it is found that MQW APD is suitable for quantum cryptography communication systems.
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