APD全稱(chēng)Avalanche Photo Diode,譯為雪�光電二極�,是一種半�(dǎo)體光檢測(cè)�,其原理�(lèi)似于光電倍增�。在加上一�(gè)較高的反向偏置電壓后(在硅材料中一般為100-200 V�,利用電離碰撞(雪崩擊穿)效�(yīng),可在APD中獲得一�(gè)大約100的內(nèi)部電流增益,即雪崩一詞的由來(lái)�
APD的用途取決于許多性能指標(biāo)。主要的幾�(gè)性能指標(biāo)為量子效率(表示APD吸收入射光子并產(chǎn)生原始載流子的效率)和總漏電流(為暗電流、光電流與噪聲之和)。暗電噪聲包括串�(lián)和并�(lián)噪聲,其中串�(lián)噪聲為霰彈噪聲,它大致正比于APD的電�,而并�(lián)噪聲則與APD的體暗電流和表面暗電流的波動(dòng)有關(guān)。此外,還存在用噪聲系數(shù)F表示的超額噪�,它是隨�(jī)的APD倍增�(guò)程中所固有的統(tǒng)�(jì)噪聲�
理論上,在倍增區(qū)中可采用任何半導(dǎo)體材料:
硅材料適用于�(duì)可見(jiàn)光和近紅外線的檢�(cè),且具有較低的倍增噪聲(超額噪聲)�
�(Ge)材料可檢�(cè)波長(zhǎng)不超�(guò)1.7?m的紅外線,但倍增噪聲較大�
InGaAs材料可檢�(cè)波長(zhǎng)超過(guò)1.6?m的紅外線,且倍增噪聲低于鍺材料。它一般用作異�(gòu)(heterostructure)二極管的倍增區(qū)。該材料適用于高速光纖通信,商用產(chǎn)品的速度已達(dá)�10Gbit/s或更��
氮化鎵二極管可用于紫外線的檢�(cè)�
HgCdTe二極管可檢測(cè)紅外�,波�(zhǎng)可達(dá)14?m,但需要冷卻以降低暗電�。使用該二極管可獲得非常低的超額噪聲�
�(dāng)一�(gè)半導(dǎo)體二極管加上足夠高的反向偏壓�(shí),在耗盡層內(nèi)�(yùn)�(dòng)的載流子就可能因碰撞電離效應(yīng)而獲得雪崩倍增。人們最初在研究半導(dǎo)體二極管的反向擊穿機(jī)�(gòu)�(shí)�(fā)�(xiàn)了這種�(xiàn)�。當(dāng)載流子的雪崩增益非常高時(shí),二極管�(jìn)入雪崩擊穿狀�(tài);在此以�,只要耗盡層中的電�(chǎng)足以引起碰撞電離,則通過(guò)耗盡層的載流子就�(huì)具有某�(gè)平均的雪崩倍增值�
碰撞電離效應(yīng)也可以引起光生載流子的雪崩倍增,從而使半導(dǎo)體光電二極管具有�(nèi)部的光電流增��1953�,K.G.麥克凱和K.B.麥卡菲報(bào)道鍺和硅的PN�(jié)在接近擊穿時(shí)的光電流倍增�(xiàn)象�1955�,S.L.密勒指出在突變PN�(jié)�,載流子的倍增因子M隨反向偏壓V的變化可以近似用下列�(jīng)�(yàn)公式表示
M�1/[1-(V/VB)n]
式中VB是體擊穿電壓,n是一�(gè)與材料性質(zhì)及注入載流子的類(lèi)型有�(guān)的指�(shù)。當(dāng)外加偏壓非常接近于體擊穿電壓�(shí),二極管獲得很高的光電流增益。PN�(jié)在任何小的局部區(qū)域的提前擊穿都會(huì)使二極管的使用受到限制,因而只有當(dāng)一�(gè)�(shí)際的器件在整�(gè)PN�(jié)面上是高度均勻時(shí),才能獲得高的有用的平均光電流增�。因此,從工作狀�(tài)�(lái)�(shuō),雪崩光電二極管�(shí)際上是工作于接近(但�(méi)有達(dá)到)雪崩擊穿狀�(tài)的、高度均勻的半導(dǎo)體光電二極管�