半导体雪崩光电二极管冲击激发的 NEGF 模型用于量子网络

我们提出一种基于非平衡绅函数（NEGF）形式的原子尺度量子传输仿真框架，用于建模半导体雪崩器件中的冲击激发，直接相关于近期量子网络应用。传统的雪崩击穿描述主要依赖于半经典仿真方法，如局部电子激发系数、半经典载流子轨迹或蒙特卡洛抽样，这些方法隐含假设弱关联和均场电子相互作用。在纳米尺度、高场区域，这些假设破裂，载流子乘积源于强非平衡、能谱相关的散射过程。我们将冲击激发表述为NEGF中的多粒子自能，实现对载流子乘积的非扰动、能谱和原子轨道分辨描述，直接从器件光谱函数出发。该表述捕捉了超出半经典近似的强非弹性散射过程，并实现于基于矩阵的实空间表示，适用于纳米尺度器件建模。使用一个在高电场下的模型半导体结构，我们展示载流子乘积的出现并分析其能谱传输和非平衡电荷分布的依赖性。该框架提供了雪崩过程及其对器件性能影响的微观机制洞察。我们的结果为自洼的冲击激发自能和载流子乘积计算奠定了基础。通过解析雪崩启动所需的可用态与占据态，该框架为预测建模用于量子网络接收器的硅单光子雪崩光电二极管和雪崩光电二极管提供了路径。