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雪崩光电二极管

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-06-05  浏览次数:2341
核心提示:雪崩光电二极管英文缩写:APD(AvalanchePhotoDiode),具有内部光电流增益的半导体光电子器件,又称固态光电倍增管。有贴片和直插两种按照方式。本文分别从雪崩光电二极管的基本概念,工作原理、应用领域、特点和优点等多个方面进行综合说明,希望能给您一个基本的了解和认识。
一、雪崩光电二极管
英文缩写: APD (Avalanche Photo Diode)
分 类: 电信设备
解 释:具有内部光电流增益的半导体光电子器件,又称固态光电倍增管。它应用光生载流子在二极管耗尽层内的碰撞电离效应而获得光电流的雪崩倍增。这种器件具有小型、灵敏、快速等优点,适用于以微弱光信号的探测和接收,在光纤通信、激光测距和其他光电转换数据处理等系统中应用较广。 激光通信中使用的光敏元件。在以硅或锗为材料制成的光电二极管的P-N结上加上反向偏压后,射入的光被P-N结吸收后会形成光电流。加大反向偏压会产生“雪崩”(即光电流成倍地激增)的现象,因此这种二极管被称为“雪崩光电二极管”。

二、雪崩光电二极管工作原理
雪崩光电二极管是一种p-n结型的光检测二极管,其中利用了载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高检测的灵敏度。其基本结构常常采用容易产生雪崩倍增效应的Read二极管结构(即N+PIP+型结构,P+一面接收光),工作时加较大的反向偏压,使得其达到雪崩倍增状态;它的光吸收区与倍增区基本一致(是存在有高电场的P区和I区)。
在APD制造上,需要在器件表面加设保护环,以提高反向耐压性能;半导体材料以Si为优(广泛用于检测0.9um以 下的光),但在检测1um以上的长波长光时则常用Ge和InGaAs(噪音和暗电流较大)。这种APD的缺点就是存在有隧道电流倍增的过程,这将产生较大 的散粒噪音(降低p区掺杂,可减小隧道电流,但雪崩电压将要提高)。一种改进的结构是所谓SAM-APD:倍增区用较宽禁带宽度的材料(使得不吸收光), 光吸收区用较窄禁带宽度的材料;这里由于采用了异质结,即可在不影响光吸收区的情况下来降低倍增区的掺杂浓度,使得其隧道电流得以减小(如果是突变异质 结,因为ΔEv的存在,将使光生空穴有所积累而影响到器件的响应速度,这时可在突变异质结的中间插入一层缓变层来减小ΔEv的影响)。
三、雪崩光电二极使用什么材料制作
理论上,在倍增区中可采用任何半导体材料:
硅材料适用于对可见光和近红外线的检测,且具有较低的倍增噪声(超额噪声)。锗(Ge)材料可检测波长不超过1.7µm的红外线,但倍增噪声较大。
InGaAs材料可检测波长超过1.6µm的红外线,且倍增噪声低于锗材料。它一般用作异构(heterostructure)二极管的倍增区。该材料适用于高速光纤通信,商用产品的速度已达到10Gbit/s或更高。
氮化镓二极管可用于紫外线的检测。
HgCdTe二极管可检测红外线,波长最高可达14µm,但需要冷却以降低暗电流。使用该二极管可获得非常低的超额噪声。
 
关键词: 雪崩光电二极管
 
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