雪崩光电二极管基础知识点汇总

　　雪崩光电二极管探测器（APD）已经并将继续用于广泛的应用，包括激光测距仪，数据传输和光子相关研究。本研究深入研究了APD结构、基本性能参数和过量噪声因子。设计人员有三种用于
200 至 1150 nm 范围内的低光检测的主要探测器选项：硅 PIN 探测器、硅雪崩光电二极管 （APD） 和光电倍增管 （PMT）。

　　valanche光电二极管经常用于仪器仪表和航空航天应用，因为它们提供了PIN探测器无法比拟的快速和高灵敏度，以及PMT无法比拟的》400
nm量子效率。

　　1.1 雪崩光电二极管构造

　　PIN光电二极管和Avalanche光电二极管都以相同的方式构建。该二极管有两个基本掺杂区域和两个轻度掺杂部分。在这种情况下，基本掺杂区域是P+和N+，而轻度掺杂部分是I和P。

　　雪崩光电二极管结构

　　在固有区域，该二极管中的耗尽层宽度明显比PIN光电二极管中的要薄。在这种情况下，p+区用作阳极，而n+区用作阴极。

　　与其他光电二极管相比，该二极管具有很强的反向偏置。结果，光被击中或光子产生的电荷载流子可以在雪崩中成倍增加。雪崩活动允许光电二极管的增益增加数倍，以提供广泛的灵敏度。

　　1.2 雪崩光电二极管符号

　　雪崩光电二极管符号与齐纳二极管符号相同。

　　1.3 雪崩P二极管电路图

　　对于反向偏置情况，将p+区域连接到电池的负极端子，将n+区域连接到电池的正极端子。

　　1.4 雪崩光电二极管的工作原理

　　雪崩光电二极管工作原理

　　APD 的量子效率大于 1（10 到 100），是标准 PIN 光电二极管的 m 倍，其中“m”是乘法因子或增益因子 （10-500）。

　　当二极管受到高反向电压时，它会经历雪崩击穿。

　　耗尽层上的电场因反向偏置电压而增加。

　　入射光进入p+区域，并在电阻性很强的p区被进一步吸收。这里形成了电子-空穴对。

　　这些夫妇的分离是由明显较小的电场引起的。电子和空穴以其饱和速度向具有强电场的pn+区域移动。

　　随着速度的增加，载流子与其他原子发生冲突，导致形成新的电子 - 空穴对。大量的e-h偶产生强光电流。

　　雪崩光电二极管向光电二极管施加相对高（约20v）的反向偏置或反向电压，加速高能量的电子。这些电子和空穴与中性原子碰撞，将它们与其他结合的电子和空穴分开。这被称为导致雪崩作用的次要机制。结果，单个光子最终会产生许多电荷载流子。这意味着光电二极管在内部增加了光电流。

　　1.5 雪崩P二极管特性

　　APD的固有面积在某种程度上是p型掺杂的。它也被称为？-区域。

　　n+ 区域是最薄的，通过窗户照明。

　　电场在pn+结处最大，沿p区逐渐减小。它的强度在？区减小，最终在p+层的末端消失。

　　即使吸收单个光子也会导致大量电子-空穴对的形成。这称为内部增益过程。

　　雪崩倍增是指由于电荷载流子碰撞而形成过量的电子-空穴对。增益或乘法因子，

　　其中 iph= 乘以 APD 光电流

　　ipho=乘法前的光电流

　　M值受反向偏置和温度的影响很大。

　　1.6 雪崩光电二极管操作

　　APD在完全耗尽的状态下使用。除了线性雪崩模式外，APD
还可以在盖革模式下运行。在这种工作模式下，光电二极管的工作电压大于其击穿电压。最近引入了另一种选择，称为Sub-Geiger模式。除了单光子灵敏度外，内部增益相当高，几乎低于击穿。

　　1.7 雪崩 P本二极管 C 轴 C 雪崩 C轴

　　雪崩光电二极管需要较大的反向偏置才能正常工作。对于硅，这通常在 100 到 200
伏之间。由于雪崩效应，他们看到这种反向偏置水平的电流增益影响约为100。

　　一些具有专门制造程序的二极管可以实现高达 1500
伏的偏置电压。由于已经表明，较高的电压可以提高增益水平，因此这些雪崩二极管的增益可以达到1000量级。在灵敏度至关重要的情况下，这可以提供明显的好处，但它显然是以牺牲极高电压所需的所有额外电路和安全预防措施为代价的。