APD

簡介

　　解釋：

        雪崩光電二極管(APD)是光探測領(lǐng)域中使用的光伏探測器元件。在以硅或鍺為材料制成的光電二極管的P-N結(jié)上加上反向偏壓后，射入的光被P-N結(jié)吸收后會形成光電流。加大反向偏壓會產(chǎn)生“雪崩”（即光電流成倍地激增）的現(xiàn)象，因此這種二極管被稱為“雪崩光電二極管”。

　　工作原理：碰撞電離和雪崩倍增

　　一般光電二極管的反偏壓在幾十伏以下，而APD的反偏壓一般在幾百伏量級，接近于反向擊穿電壓。 當(dāng)APD在高反偏壓下工作，勢壘區(qū)中的電場很強(qiáng)，電子和空穴在勢壘區(qū)中作漂移運動時得到很大的動能。

　　它們與勢壘區(qū)中的晶格原子碰撞產(chǎn)生電離，激發(fā)產(chǎn)生的二次電子與空穴在電場下得到加速又碰撞產(chǎn)生新的電子－空穴對，如此繼續(xù)，形成雪崩倍增效應(yīng)？。

　　APD主要用于激光測距機(jī)和長距離光纖通信，此外也開始被用于正電子斷層攝影和粒子物理等領(lǐng)域 [1]。APD陣列也已被商業(yè)化。

　　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）。暗電噪聲包括串聯(lián)和并聯(lián)噪聲，其中串聯(lián)噪聲為散彈噪聲，它大致正比于APD的電容，而并聯(lián)噪聲則與APD的體暗電流和表面暗電流的波動有關(guān)。此外，還存在用噪聲系數(shù)F表示的超額噪聲，它是隨機(jī)的APD倍增過程中所固有的統(tǒng)計噪聲。

材料

　　理論上，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）。

　　鍺(Ge)材料可檢測波長不超過1.7μm的紅外線，但倍增噪聲較大。

　　InGaAs材料可檢測波長超過1.6μm的紅外線，且倍增噪聲低于鍺材料。它一般用作異構(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)到10Gbit/s或更高。

　　氮化鎵二極管可用于紫外線的檢測。

　　HgCdTe二極管可檢測紅外線，波長最高可達(dá)14μm，但需要冷卻以降低暗電流。使用該二極管可獲得非常低的超額噪聲。

超額噪聲

　　如前所述，超額噪聲是由倍增過程產(chǎn)生的噪聲，它與倍增過程的增益M有關(guān)，記作F(M)，一般可用下式計算：

　　其中為空穴與電子的碰撞電離率之比，在電子倍增器件中定義為空穴碰撞電離率除以電子碰撞電離率的比值。一般希望兩個碰撞電離率的差別盡可能大，以減小F(M)，因為F(M)是決定最高能量分辨率等性能指標(biāo)的主要因素之一。