三分鐘看懂雪崩光電二極管

雪崩光電二極管是由日本工程師“Jun-ichi Nishizawa”于 1952 年設(shè)計(jì)的。雪崩光電二極管是一種非常靈敏的半導(dǎo)體探測器，它利用光電效應(yīng)將光轉(zhuǎn)化為電。

在光纖通信系統(tǒng)中，使用雪崩光電二極管等單個(gè)組件將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在雪崩過程中，電荷載流子是通過碰撞產(chǎn)生的。光粒子狀光子會(huì)產(chǎn)生許多電子，進(jìn)而產(chǎn)生電流。

什么是雪崩光電二極管

與其他二極管相比，使用雪崩方法提供額外性能的二極管稱為雪崩光電二極管。

雪崩光電二極管將光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，可以在高反向偏壓下工作。雪崩光電二極管的符號(hào)是類似齊納二極管。

雪崩光電二極管結(jié)構(gòu)

PIN 光電二極管和雪崩光電二極管的結(jié)構(gòu)相似，包括兩個(gè)重?fù)诫s區(qū)和兩個(gè)輕摻雜區(qū)，重?fù)诫s區(qū)域是 P+ 和 N+，而輕摻雜區(qū)域是 I 和 P。

在本征區(qū)中，與 PIN 光電二極管相比，雪崩光電二極管的耗盡層寬度相當(dāng)薄。此處，p+ 區(qū)的作用類似陽極，而 n+ 區(qū)的作用類似陰極。

與其他光電二極管相比，雪崩光電二極管在高反向偏置條件下工作。因此，通過光撞擊或光子形成的電荷載流子使雪崩倍增。雪崩作用可使光電二極管的增益提高數(shù)倍，以提供高靈敏度范圍。

工作準(zhǔn)則

雪崩擊穿主要發(fā)生在光電二極管承受最大反向電壓時(shí)，該電壓增強(qiáng)了耗盡層之外的電場。當(dāng)入射光穿透 p+ 區(qū)域時(shí)，它會(huì)在電阻極大的 p 區(qū)域內(nèi)被吸收，然后生成電子-空穴對(duì)。

只要存在高電場，電荷載流子包括其飽和速度就會(huì)漂移到 pn+ 區(qū)域。當(dāng)速度最高時(shí)，載流子將通過其他原子碰撞并產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)，巨大的電荷載流子對(duì)將導(dǎo)致高光電流。

雪崩光電二極管操作

雪崩光電二極管操作可以完全在耗盡模式下完成。但是，除了線性雪崩模式之外，它們還可以在蓋革模式下工作。在這種工作模式下，光電二極管可以在上述擊穿電壓下工作。目前正在推出另一種模式，即“亞蓋革模式”。

光纖通信中的雪崩光電二極管

在光纖通信 (OFC) 系統(tǒng)中，雪崩光電二極管通常用于弱信號(hào)的識(shí)別，但電路需要進(jìn)行足夠的優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)高信噪比 (S/N)。這里，SNR 是為了獲得完美的信噪比，量子效率應(yīng)該很高，因?yàn)檫@個(gè)值幾乎是最大值，所以大部分信號(hào)都被注意到了。

雪崩光電二極管特性

雪崩光電二極管是高度靈敏、基于高速的二極管，它通過施加反向電壓來工作的內(nèi)部增益方法。與 PIN 型光電二極管相比，這些二極管測量低范圍光，因此用于需要高靈敏度不同的應(yīng)用中，如光距離測量和遠(yuǎn)距離光通信。

審核編輯：湯梓紅