雪崩光電二極管

雪崩光電二極管 ( APD ) 是一種半導體光檢測器 ， 其原理類似於光電倍增管 。 在加上一個較高的反向偏置電壓後 （ 在硅材料中一般爲100 - 200 V ） ， 利用電離碰撞 （ 雪崩擊穿 ） 效應 ， 可在APD中獲得一個大約100的內部電流增益 。 某些硅APD採用了不同於傳統APD的摻雜等技術 ， 允許加上更高的電壓 ( > 1500 V ) 而不致擊穿 ， 從而可獲得更大的增益 ( > 1000 ) 。 一般來說 ， 反向電壓越高 ， 增益就越大 。 APD倍增因子M的計算公式很多 ， 一個常用的公式爲 其中L是電子的空間電荷區的長度 ， 而是電子和空穴的倍增係數 ， 該係數取決於場強 、 溫度 、 摻雜濃度等因素 。 由於APD的增益與反向偏置和溫度的關係很大 ， 因此有必要對反向偏置電壓進行控制 ， 以保持增益的穩定 。 雪崩光電二極管的靈敏度高於其它半導體光電二極管 。 爲獲得更高的增益 （ 105 – 106 ） ， 某些APD可以工作在反向電壓超出擊穿電壓的區域 。 此時 ， 必須對APD的信號電流加以限制並迅速將其清爲零 ， 爲此可採用各種主動或被動的電流清零技術 。 這種高增益的工作方式稱爲Geiger方式 ， 它特別適用於對單個光子的檢測 ， 只要暗計數率足夠低 。 APD主要用於激光測距機和長距離光纖通信 ， 此外也開始被用於正電子斷層攝影和粒子物理等領域 。 APD陣列也已被商業化 。 APD的用途取決於許多性能指標 。 主要的幾個性能指標爲量子效率 （ 表示APD吸收入射光子併產生原始載流子的效率 ） 和總漏電流 （ 爲暗電流 、 光電流與噪聲之和 ） 。 暗電噪聲包括串聯和並聯噪聲 ， 其中串聯噪聲爲霰彈噪聲 ， 它大致正比於APD的電容 ， 而並聯噪聲則與APD的體暗電流和表面暗電流的波動有關 。 此外 ， 還存在用噪聲係數F表示的超額噪聲 ， 它是隨機的APD倍增過程中所固有的統計噪聲 。