雪崩光电二极管灵敏度如何 如何提高雪崩光电二极管灵敏度

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。

雪崩光电二极管

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

雪崩光电二极管的应用

雪崩光电二极管（APD）是一种高灵敏度、高速度的光电二极管。施加反向电压时，能启动其内部的增益机构。APD的增益可以由反向偏置电压的幅度来控制。反向偏置电压越大增益就越高。APD在电场强度的作用下工作，光电流的雪崩倍增类似于链式反应。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。典型APD的最大额定电流为10-4到10-2A，而其暗电流则可低达10-12到10-13A的范围。最大反向偏置电压随APD的材料而变化，铟砷化镓（InGaAs）材料的器件可达100V，硅材料的器件则可高达500V。 　　测试介绍 　　测量APD的反向偏置电流需要一种能够在很宽范围内测量电流并且能输出扫描电压的仪器。由于这种要求，吉时利6487型皮安计电压源或者6430型亚飞安（Sub-Femtoamp）源-表等仪器对于这类测量工作是非常理想的。 　　图4-19 所示为6430型亚飞安源-表连接到一个光电二极管上。该光电二极管安放在一个电屏蔽的暗箱中。为了对敏感的电流测量进行屏蔽，使其不受静电干扰的影响，将此暗箱与6430型亚飞安源表的低端相连。 

图4-20示出使用6430型数字源表测量得到的铟砷化镓（InGaAs）材料APD的电流与反向扫描电压的关系曲线，注意其电流测量的范围很宽。随着光的增强，雪崩区域变得更加明显。击穿电压将引起电流自由流动，因为这时会形成电子空穴对，而不再需要光照射二极管来产生电流。 

结语

关于雪崩光电二极管的灵敏度的介绍就到这了，希望通过本文能让你对雪崩光电二极管灵敏度有更深的认识。

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