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雪崩光電二極管的主要特性_雪崩光電二極管的工作原理

2019年08月01日 10:10 沈苗 作者: 用戶評論(0

  概念

  在激光通信中使用的光敏元件。在以硅或鍺為材料制成的光電二極管的P-N結上加上反向偏壓后,射入的光被P-N結吸收后會形成光電流。加大反向偏壓會產生“雪崩”(即光電流成倍地激增)的現象,因此這種二極管被稱為“雪崩光電二極管”。

 

  主要特性

  ①雪崩增益系數M(也叫倍增因子),對突變結式中V為反向偏壓,VB為體雪崩擊穿電壓;n與材料、器件結構及入射波長等有關,為常數,其值為1~3。

  ②增益帶寬積,增益較大且頻率很高時,M(ω)·ω 式中ω為角頻率;N為常數,它隨離化系數比緩慢變化;W為耗盡區厚度;Vs為飽和速度;αn及αp分別為電子及空穴的離化系數,增益帶寬積是個常數。要想得到高乘積,應選擇大Vs,小W及小αn/αp(即電子、空穴離化系數差別要大,并使具有較高離化系數的載流子注入到雪崩區)。

  ③過剩噪聲因子F,在倍增過程中,噪聲電流信號電流增長快,用F表示雪崩過程引起的噪聲附加F≈Mx。式中x稱過剩噪聲指數。要選擇合適的M值,才能獲得最佳信噪比,使系統達到最高靈敏度。

  ④溫度特性,載流子離化系數隨溫度升高而下降,導致倍增因子減小、擊穿電壓升高。用擊穿電壓的溫度系數盧描述APD的溫度特性。β= 式中VB及VB0分別是溫度為T及T0時的擊穿電壓。

  工作原理

  當光敏二極管的PN結上加相當大的反向偏壓(100-200V)時,在結區產生一個很強的電場,使進入場區的光生載流子獲得足夠的能量,在與原子碰撞時可使原子電離,而產生新的電子-空穴對。只要電場足夠強,此過程就將繼續下去,使PN結內電流急劇增加,達到載流子的雪崩倍增,這種現象稱為雪崩倍增效應。

  應用

  激光測距儀, 共焦顯微鏡檢查,視頻掃描成像儀, 高速分析儀器, 自由空間通信, 紫外線傳感, 分布式溫度傳感器等。

  結構

  每個模塊包括一個光電探測器(快速光電二極管或雪崩光電二極管)和一個互阻抗放大器。同一封裝中兼備放大器和光探測器,使其環境噪聲更低,寄生電容更小。

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( 發表人:陳翠 )

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