Фотодиод с внутренним усилением сигнала лавинным процессом. Лавинные фотодиоды представляют собой полупроводниковые детекторы света (фотодиоды), которые работают при относительно высоких обратных напряжениях (обычно в десятки и даже сотни вольт), иногда лишь немного ниже порогового. В этом диапазоне носители (электроны и дырки), возбуждаемые поглощающими фотонами, ускоряются сильным внутренним электрическим полем и затем генерируют вторичные носители, что часто происходит в фотоумножителях. Лавинный процесс происходит только на расстоянии нескольких микрометров, и фототок может многократно усиливаться. Следовательно, лавинные фотодиоды можно использовать в качестве очень чувствительных детекторов, требующих меньшего электронного усиления сигнала и, следовательно, меньшего электронного шума. Однако квантовый шум и шум усилителя, присущие лавинному процессу, сводят на нет ранее упомянутые преимущества. Аддитивный шум можно количественно описать коэффициентом аддитивного шума F, который является фактором, характеризующим увеличение мощности электронного шума по сравнению с идеальным фотодетектором. Следует отметить, что коэффициент усиления и эффективная чувствительность ЛФД очень сильно связаны с обратным напряжением, и соответствующие значения разных устройств различны. Поэтому общепринятой практикой является характеристика диапазона напряжений, в котором все устройства достигают определенной чувствительности. Ширина полосы обнаружения лавинных диодов может быть очень высокой, в основном из-за их высокой чувствительности, что позволяет использовать шунтирующие резисторы меньшего размера, чем в обычных фотодиодах. Вообще говоря, когда ширина полосы обнаружения высока, шумовые характеристики ЛФД лучше, чем у обычного PIN-фотодиода, а затем, когда ширина полосы обнаружения ниже, PIN-фотодиод и малошумящий узкополосный усилитель работают лучше. Чем выше коэффициент усиления, тем выше коэффициент дополнительного шума, который получается за счет увеличения обратного напряжения. Поэтому обратное напряжение обычно выбирают таким, чтобы шум процесса умножения был примерно равен шуму электронного усилителя, так как это сведет к минимуму общий шум. Величина аддитивного шума связана со многими факторами: величиной обратного напряжения, свойствами материала (в частности, коэффициентом ионизации) и конструкцией устройства. Лавинные диоды на кремниевой основе более чувствительны в области длин волн 450-1000 нм (иногда могут достигать 1100 нм), а наибольшая чувствительность в диапазоне 600-800 нм, то есть длина волны в этой области длин волн немного меньше, чем у Si p-i-n диодов. Коэффициент умножения (также называемый коэффициентом усиления) Si APD варьируется от 50 до 1000 в зависимости от конструкции устройства и приложенного обратного напряжения. Для более длинных волн для APD требуются материалы из арсенида германия или индия-галлия. Они имеют меньшие коэффициенты умножения тока, от 10 до 40. ЛФД InGaAs дороже, чем ЛФД Ge, но имеют лучшие шумовые характеристики и более широкую полосу обнаружения. Типичные области применения лавинных фотодиодов включают приемники в волоконно-оптической связи, определение дальности, формирование изображений, высокоскоростные лазерные сканеры, лазерные микроскопы и оптическую рефлектометрию во временной области (OTDR).
We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies.
Privacy Policy
