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雪崩光电二极管的简介
作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2020.05.27
信息摘要:
雪崩光电二极管(APD)是一种高灵敏度、高速度的光电二极管,在日常生活中应用广泛。本文是关于雪崩光电二极管的相关介绍,并就其特点,探讨了雪崩…
  雪崩光电二极管(APD)是一种高灵敏度、高速度的光电二极管,在日常生活中应用广泛。
  本文是关于雪崩光电二极管的相关介绍,并就其特点,探讨了雪崩光电二极管的灵敏度问题。
  APD应用于对光信号需要高灵敏度的各种应用场合,例如光纤通讯、闪烁(scintillaTIon)探测等。

  对APD的测量一般包括击穿电压、响应度和反向偏置电流等。

  优点:
  与真空光电倍增管相比,雪崩光电二极管具有小型、不需要高压电源等优点,因而更适于实际应用;与一般的半导体光电二极管相比,雪崩光电二极管具有灵敏度高、速度快等优点,特别当系统带宽比较大时,能使系统的探测性能获得大的改善。
  当一个半导体二极管加上足够高的反向偏压时,在耗尽层内运动的载流子就可能因碰撞电离效应而获得雪崩倍增。人们最初在研究半导体二极管的反向击穿机构时发现了这种现象。当载流子的雪崩增益非常高时,二极管进入雪崩击穿状态;在此以前,只要耗尽层中的电场足以引起碰撞电离,则通过耗尽层的载流子就会具有某个平均的雪崩倍增值。
  碰撞电离效应也可以引起光生载流子的雪崩倍增,从而使半导体光电二极管具有内部的光电流增益。1953年,K.G.麦克凯和K.B.麦卡菲报道锗和硅的PN结在接近击穿时的光电流倍增现象。1955年,S.L.密勒指出在突变PN结中,载流子的倍增因子M随反向偏压V的变化可以近似用下列经验公式表示M=1/[1-(V/VB)n]
  式中VB是体击穿电压,n是一个与材料性质及注入载流子的类型有关的指数。当外加偏压非常接近于体击穿电压时,二极管获得很高的光电流增益。PN结在任何小的局部区域的提前击穿都会使二极管的使用受到限制,因而只有当一个实际的器件在整个PN结面上是高度均匀时,才能获得高的有用的平均光电流增益。因此,从工作状态来说,雪崩光电二极管实际上是工作于接近(但没有达到)雪崩击穿状态的、高度均匀的半导体光电二极管。
  影响响应速度的因素:
  载流子在耗尽层中获得的雪崩增益越大,雪崩倍增过程所需的时间越长。因而,雪崩倍增过程要受到"增益-带宽积"的限制。在高雪崩增益情况下,这种限制可能成为影响雪崩光电二极管响应速度的主要因素之一。但在适中的增益下,与其他影响光电二极管响应速度的因素相比,这种限制往往不起主要作用,因而雪崩光电二极管仍然能获得很高的响应速度。现代雪崩光电二极管增益-带宽积已达几百吉赫。
  与一般的半导体光电二极管一样,雪崩光电二极管的光谱灵敏范围主要取决于半导体材料的禁带宽度。制备雪崩光电二极管的材料有硅、锗、砷化镓和磷化铟等Ⅲ-Ⅴ族化合物及其三元、四元固熔体。根据形成耗尽层方法的不同,雪崩光电二极管有PN结型(同质的或异质结构的PN结。其中又有一般的PN结、PIN结及诸如 N+PπP+结等特殊的结构)、金属半导体肖特基势垒型和金属-氧化物-半导体结构等。
  如何提高雪崩光电二极管灵敏度:
  光敏二极管和光敏三极管是光电转换半导体器件,与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好,可靠性好、体积小、使用方便等优点。 光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结,具有单向导电性,因此工作时需加上反向电压。无光照时,光敏二极管截止。当光线照射PN结时,光敏二极管导通。
  光敏二极管使用时要反向接入电路中,即正极接电源负极,负极接电源正极。常见的有2CU、2DU等系列。 光敏二极管是一种光电转换器件,其基本原理是光照到PN结上时,吸收光能并转变为电能。它具有两种工作状态:
  当光敏二极管加上反向电压时,管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变,光照强度越大,反向电流越大,大多数都工作在这种状态。
  光敏二极管上不加电压,利用P-N结在受光照时产生正向电压的原理,把它用作微型光电池。这种工作状态,一般作光电检测器。光敏二极管分有P-N结型、PIN结型、雪崩型和肖特基结型,其中用得最多的是PN结型,价格便宜。
  光敏三极管和普通三极管相似,也有电流放大作用,只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制,同时也受光辐射的控制。 通常基极不引出,但一些光敏三极管的基极有引出,用于温度补偿和附加控制等作用。当具有光敏特性的PN 结受到光辐射时,形成光电流,由此产生的光生电流由基极进入发射极,从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的电流。不同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性,与光敏二极管相比,具有很大的光电流放大作用,即很高的灵敏度。它由光控三极管和35集成电路两部分组成。
  集成电路IC及三极管T3、电阻R4、R5等构成放大电路。平常在光源照射下,T1呈低阻状态,T2饱和导通,IC触发端3脚得不到正触发脉冲而不工作,扬声器无声。当T1被物体遮挡时,便产生一负脉冲电压,并通过C1耦合到T2的基极,导致T2进入截止状态,IC获得一正触发脉冲而工作,输出音频通过T3放大,推动扬声器发出声响。

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