雪崩光电二极管（APD）是由日本工程师西泽俊一于1952年设计的。APD是一种非常灵敏的半导体探测器，它利用光电效应将光变为电。2020年，石墨烯层被添加到该二极管中，以避免退化，最终维持这些二极管。


在光纤通信系统中，使用雪崩光电二极管或APD等单个组件将光转换为电信号。在雪崩过程中，电荷载流子是通过碰撞产生的。一个轻粒子状的光子产生许多电子来产生电流。本文概述了雪崩光电二极管及其工作原理和应用。

雪崩光电二极管是什么？

与其他二极管相比，使用雪崩方法提供额外性能的二极管被称为雪崩光电二极管。

ding="async" class="size-medium wp-image-41687" src="https://uploads.9icnet.com/images/aritcle/20230518/Avalanche-Photodiode-300x188.jpg" alt="Avalanche Photodiode" width="300" height="188" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px">
雪崩光电二极管

这些二极管用于将信号从光转换为电。这些二极管可以在高反向偏压下工作。这个雪崩光电二极管符号类似于齐纳二极管。

Avalanche Photodiode Symbol
雪崩光电二极管符号

雪崩光电二极管结构

PIN光电二极管和雪崩光电二极管的结构相似。该二极管包括两个重掺杂区和两个轻掺杂区。这里，重掺杂区域是P+和N+，而轻掺杂区域是I&P。

Avalanche Photodiode Construction
雪崩光电二极管结构

在本征区域中，与PIN光电二极管相比，该二极管中的耗尽层宽度相当薄。这里，p+区域像阳极一样工作，而n+区域充当阴极。

与其他光电二极管相比，该二极管在高反向偏置条件下工作。因此，这允许通过光冲击或光子形成的电荷载流子的雪崩倍增。雪崩作用允许光电二极管的增益增强几倍，以提供高范围的灵敏度。

工作原理

雪崩击穿主要发生在光电二极管受到最大反向电压时。该电压增强了耗尽层之外的电场。当入射光穿透p+区域时，它在电阻极高的p区域内被吸收，然后产生电子-空穴对。

电荷载流子漂移，包括其饱和速度到任何存在高电场的pn+区域。当速度最高时，电荷载流子将通过其他原子碰撞，产生新的电子-空穴对。一个巨大的载流子对将产生高的光电流。

雪崩光电二极管操作

这种二极管操作可以完全在耗尽模式下进行。然而，除了线性雪崩模式外，它们也可以在盖革模式下工作。在这种类型的操作模式中，光电二极管可以在上述击穿电压下操作。目前，又推出了一种模式，即“亚盖革模式”。

光纤通信中的雪崩光电二极管

在光纤通信（OFC）系统中，雪崩光电二极管通常用于识别弱信号，但电路需要足够优化，以获得高信噪比（S/N）。这里，SNR是

S/N=来自光电流/光电探测器的功率+放大器噪声功率

为了获得完美的信噪比，量子效率应该很高，因为这个值几乎是最大的，所以大多数信号都会被注意到。

雪崩光电二极管特性

雪崩光电二极管是一种高灵敏度、高速的二极管，它使用内部增益方法，通过施加反向电压来工作。与PIN型光电二极管相比，这些二极管测量低范围光，因此用于需要高灵敏度的不同应用，如光学距离的测量和远距离的光学通信。

有不同的雪崩光电二极管家族，它们主要被设计用于检测短波长或近红外。

Pin光电二极管和雪崩光电二极管之间的区别是什么？

这个光电二极管和雪崩二极管的区别包括以下内容。

雪崩二极管

PIN二极管
雪崩二极管包括P+、I、P＆N+四层。 PIN二极管包括四层，如P+、I＆N+。
响应时间非常长。 响应时间非常短。
输出电流低。 载波电流的乘积会导致放大器的电流值。
内部增益为200 dB。 内部收益微不足道。
灵敏度很高。 灵敏度低。
高噪音。 低噪音。
反向偏置电压非常高。 反向偏置电压非常低。
高温稳定性。 低温稳定性。
由于可用的增益，放大器是不必要的。 由于没有可用的增益，放大器是强制性的。

雪崩光电二极管的响应时间是多少？

雪崩光电二极管具有快速响应时间。

光电二极管的暗电阻是多少？

硒电池或其他光电器件在完全黑暗中的电阻被称为暗电阻。

雪崩二极管在哪里使用？

雪崩二极管主要用作无线电设备中的白噪声发生器和噪声源。这个二极管保护电路不受不需要的电压的影响。

光电二极管是否反向偏置？

是的，它被反向偏置以在光电导模式下工作，因为当这个二极管被反向偏置时，耗尽层的宽度将增加。因此，这降低了结电容和响应时间。反向偏置可以导致该二极管的快速响应时间。

雪崩和齐纳击穿现象是什么？

雪崩和齐纳击穿是PN结断裂的两种不同机制。这种机制主要发生在反向偏置条件下的二极管内。雪崩击穿主要是由于电子电离和空穴对而发生的，而齐纳击穿是由于重掺杂而发生的。

优点和缺点

这个雪崩光电二极管的优点包括以下内容。

  • 灵敏度范围很高。
  • 高性能。
  • 快速响应时间。
  • 这些二极管在这里是适用的，因为需要高电压，所以增益水平非常重要，因为较低的可靠性意味着它们通常不太方便使用。
  • 它可以检测低强度的光线。
  • 单个光子产生大量的电荷载流子对。

这个雪崩光电二极管的缺点包括以下内容。

  • 所需的工作电压过高
  • 这个二极管的输出不是线性的
  • 噪音范围大
  • 由于可靠性低，因此没有定期使用
  • 它使用高反向偏置进行正确操作

应用

这个雪崩光电二极管的应用包括以下内容。

  • 激光扫描仪
  • 天线分析电桥
  • PET扫描仪
  • 条码阅读器
  • 激光显微镜
  • 激光测距仪
  • 测速枪
  • APD用于OFC（光纤通信）、成像、测距、激光显微镜、激光扫描仪和OTDR（光学时域反射计）的接收器。
  • 这些被用于光学通信，如接收探测器。它们的宽带宽和高灵敏度将使其在设计师中非常著名。这些二极管通过结外的反向电压工作，从而形成电荷载流子对以响应辐射。

因此，这一切都是关于雪崩光电二极管的概述，它正在工作。这是一个在反向击穿区工作的双端PN结二极管。与PIN光电二极管相比，这些光电二极管具有高SNR（信噪比）、快速的时间响应、高灵敏度和较少的暗电流。其光谱响应范围通常为200至1150nm。这里有一个问题，光电二极管的不同类型是什么？