三分钟看懂雪崩光电二极管

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雪崩光电二极管是由日本工程师“Jun-ichi Nishizawa”于 1952 年设计的。雪崩光电二极管是一种非常灵敏的半导体探测器,它利用光电效应将光转化为电。

在光纤通信系统中,使用雪崩光电二极管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。光粒子状光子会产生许多电子,进而产生电流。

什么是雪崩光电二极管

与其他二极管相比,使用雪崩方法提供额外性能的二极管称为雪崩光电二极管。

雪崩光电二极管将光信号变为电信号,可以在高反向偏压下工作。雪崩光电二极管的符号是类似齐纳二极管。

雪崩光电二极管

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,包括两个重掺杂区和两个轻掺杂区,重掺杂区域是 P+ 和 N+,而轻掺杂区域是 I 和 P。

雪崩光电二极管结构

在本征区中,与 PIN 光电二极管相比,雪崩光电二极管的耗尽层宽度相当薄。此处,p+ 区的作用类似阳极,而 n+ 区的作用类似阴极。

与其他光电二极管相比,雪崩光电二极管在高反向偏置条件下工作。因此,通过光撞击或光子形成的电荷载流子使雪崩倍增。雪崩作用可使光电二极管的增益提高数倍,以提供高灵敏度范围。

工作准则

雪崩击穿主要发生在光电二极管承受最大反向电压时,该电压增强了耗尽层之外的电场。当入射光穿透 p+ 区域时,它会在电阻极大的 p 区域内被吸收,然后生成电子-空穴对。

只要存在高电场,电荷载流子包括其饱和速度就会漂移到 pn+ 区域。当速度最高时,载流子将通过其他原子碰撞并产生新的电子-空穴对,巨大的电荷载流子对将导致高光电流。

雪崩光电二极管操作

雪崩光电二极管操作可以完全在耗尽模式下完成。但是,除了线性雪崩模式之外,它们还可以在盖革模式下工作。在这种工作模式下,光电二极管可以在上述击穿电压下工作。目前正在推出另一种模式,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弱信号的识别,但电路需要进行足够的优化以实现高信噪比 (S/N)。这里,SNR 是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值,所以大部分信号都被注意到了。

雪崩光电二极管特性

雪崩光电二极管是高度灵敏、基于高速的二极管,它通过施加反向电压来工作的内部增益方法。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不同的应用中,如光距离测量和远距离光通信。

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