Φωτοδίοδος με εσωτερική ενίσχυση σήματος με διαδικασία χιονοστιβάδας. Οι φωτοδίοδοι χιονοστιβάδας είναι ανιχνευτές φωτός ημιαγωγών (φωτοδίοδοι) που λειτουργούν σε σχετικά υψηλές αντίστροφες τάσεις (συνήθως σε δεκάδες ή και εκατοντάδες βολτ), μερικές φορές μόνο λίγο κάτω από το κατώφλι. Σε αυτό το εύρος, οι φορείς (ηλεκτρόνια και οπές) που διεγείρονται από τα απορροφητικά φωτόνια επιταχύνονται από ένα ισχυρό εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο και στη συνέχεια δημιουργούν δευτερεύοντες φορείς, κάτι που συμβαίνει συχνά σε σωλήνες φωτοπολλαπλασιαστή. Η διαδικασία χιονοστιβάδας συμβαίνει μόνο σε απόσταση λίγων μικρομέτρων και το φωτορεύμα μπορεί να ενισχυθεί πολλές φορές. Ως εκ τούτου, οι φωτοδίοδοι χιονοστιβάδας μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πολύ ευαίσθητοι ανιχνευτές, που απαιτούν λιγότερη ενίσχυση ηλεκτρονικού σήματος και επομένως λιγότερο ηλεκτρονικό θόρυβο. Ωστόσο, ο κβαντικός θόρυβος και ο θόρυβος του ενισχυτή που είναι εγγενείς στη διαδικασία χιονοστιβάδας αναιρούν τα προαναφερθέντα πλεονεκτήματα. Ο προσθετικός θόρυβος μπορεί να περιγραφεί ποσοτικά από το πρόσθετο θόρυβο, F, που είναι ένας παράγοντας που χαρακτηρίζει την αύξηση της ισχύος του ηλεκτρονικού θορύβου σε σύγκριση με έναν ιδανικό φωτοανιχνευτή. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο συντελεστής ενίσχυσης και η αποτελεσματική απόκριση του APD σχετίζονται πολύ με την αντίστροφη τάση και οι αντίστοιχες τιμές των διαφορετικών συσκευών είναι διαφορετικές. Επομένως, είναι κοινή πρακτική να χαρακτηρίζεται ένα εύρος τάσης στο οποίο όλες οι συσκευές επιτυγχάνουν μια ορισμένη απόκριση. Το εύρος ζώνης ανίχνευσης των διόδων χιονοστιβάδας μπορεί να είναι πολύ υψηλό, κυρίως λόγω της υψηλής ευαισθησίας τους, επιτρέποντας τη χρήση μικρότερων αντιστάσεων διακλάδωσης από ό,τι στις κανονικές φωτοδιόδους. Γενικά, όταν το εύρος ζώνης ανίχνευσης είναι υψηλό, τα χαρακτηριστικά θορύβου του APD είναι καλύτερα από τη συνηθισμένη φωτοδίοδο PIN και, στη συνέχεια, όταν το εύρος ζώνης ανίχνευσης είναι χαμηλότερο, η φωτοδίοδος PIN και ένας ενισχυτής στενής ζώνης χαμηλού θορύβου αποδίδουν καλύτερα. Όσο υψηλότερος είναι ο συντελεστής ενίσχυσης, τόσο μεγαλύτερος είναι ο πρόσθετος θόρυβος, ο οποίος προκύπτει αυξάνοντας την αντίστροφη τάση. Επομένως, η αντίστροφη τάση επιλέγεται συνήθως έτσι ώστε ο θόρυβος της διαδικασίας πολλαπλασιασμού να είναι περίπου ίσος με αυτόν του ηλεκτρονικού ενισχυτή, καθώς αυτό θα ελαχιστοποιήσει τον συνολικό θόρυβο. Το μέγεθος του πρόσθετου θορύβου σχετίζεται με πολλούς παράγοντες: το μέγεθος της αντίστροφης τάσης, τις ιδιότητες του υλικού (ιδιαίτερα, την αναλογία συντελεστή ιονισμού) και τη σχεδίαση της συσκευής. Οι δίοδοι χιονοστιβάδας με βάση το πυρίτιο είναι πιο ευαίσθητες στην περιοχή μήκους κύματος των 450-1000 nm (μερικές φορές μπορεί να φτάσουν τα 1100 nm) και η υψηλότερη απόκριση είναι στην περιοχή των 600-800 nm, δηλαδή, το μήκος κύματος σε αυτήν την περιοχή μήκους κύματος είναι ελαφρώς μικρότερο από αυτό των διόδων Si p-i-n. Ο συντελεστής πολλαπλασιασμού (ονομάζεται επίσης κέρδος) των Si APD κυμαίνεται μεταξύ 50 και 1000 ανάλογα με το σχεδιασμό της συσκευής και την εφαρμοζόμενη αντίστροφη τάση. Για μεγαλύτερα μήκη κύματος, τα APD απαιτούν υλικά αρσενιούχου γερμάνιου ή ινδίου. Έχουν μικρότερους συντελεστές πολλαπλασιασμού ρεύματος, μεταξύ 10 και 40. Τα InGaAs APD είναι πιο ακριβά από τα Ge APD, αλλά έχουν καλύτερα χαρακτηριστικά θορύβου και υψηλότερο εύρος ζώνης ανίχνευσης. Οι τυπικές εφαρμογές των φωτοδιόδων χιονοστιβάδας περιλαμβάνουν δέκτες σε επικοινωνίες οπτικών ινών, εμβέλεια, απεικόνιση, σαρωτές λέιζερ υψηλής ταχύτητας, μικροσκόπια λέιζερ και ανακλασομετρία οπτικού πεδίου χρόνου (OTDR).
We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies.
Privacy Policy
