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APD
閱讀�28071時間�2011-04-21 14:40:22

  APD全稱Avalanche Photo Diode,譯為雪�光電二極�,是一種半�(dǎo)體光檢測�,其原理類似�光電倍增�。在加上一個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中獲得一個大�100的內(nèi)部電流增�,即雪崩一詞的由來�

性能指標(biāo)

  APD的用途取決于許多性能指標(biāo)。主要的幾個性能指標(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�,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有關(guān)。此�,還存在用噪聲系�(shù)F表示的超額噪�,它是隨機的APD倍增過程中所固有的統(tǒng)計噪聲�

材料

  理論�,在倍增區(qū)中可采用任何半導(dǎo)體材料:

  硅材料適用于對可見光和近紅外線的檢測,且具有較低的倍增噪聲(超額噪聲)�

  �(Ge)材料可檢測波長不超過1.7?m的紅外線,但倍增噪聲較大�

  InGaAs材料可檢測波長超�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��

  HgCdTe二極管可檢測紅外�,波長可�(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�

工作原理

  �(dāng)一個半�(dǎo)體二極管加上足夠高的反向偏壓時,在耗盡層內(nèi)運動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�(gòu)時發(fā)�(xiàn)了這種�(xiàn)�。當(dāng)載流子的雪崩增益非常高時,二極管�(jìn)入雪崩擊穿狀�(tài);在此以�,只要耗盡層中的電場足以引起碰撞電�,則通過耗盡層的載流子就會具有某個平均的雪崩倍增��

  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年,K.G.麥克凱和K.B.麥卡菲報道鍺和硅的PN�(jié)在接近擊穿時的光電流倍增�(xiàn)��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)驗公式表�

  M�1/[1-(V/VB)n]

  式中VB是體擊穿電壓,n是一個與材料性質(zhì)及注入載流子的類型有�(guān)的指�(shù)。當(dāng)外加偏壓非常接近于體擊穿電壓�,二極管獲得很高的光電流增益。PN�(jié)在任何小的局部區(qū)域的提前擊穿都會使二極管的使用受到限制,因而只有當(dāng)一個實際的器件在整個PN�(jié)面上是高度均勻時,才能獲得高的有用的平均光電流增益。因�,從工作狀�(tài)來說,雪崩光電二極管實際上是工作于接近(但沒有達(dá)到)雪崩擊穿狀�(tài)的、高度均勻的半導(dǎo)體光電二極管�

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