光電APD探測(cè)器-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯光電APD探測(cè)器-基礎(chǔ)電子雖然PIN結(jié)構(gòu)通過擴(kuò)展空間電荷區(qū)有效地提高了工作速度和量子效率，但是它無法將光生載流子放大，因此信噪比和靈敏度還不夠理想。為了能探測(cè)到微弱的入射光，我們希望光電探測(cè)器具有內(nèi)部增益，即少量的光生載流子在倍增電場(chǎng)作用下能產(chǎn)生較大的光生電流。雪崩光電二極管就是這樣一種光電探測(cè)器，它是一種具有內(nèi)部增益、能將探測(cè)到的光電流進(jìn)行放大的有源器件。APD的工作原理為雪崩電離效應(yīng)，即在＋n結(jié)附近有一高電場(chǎng)，光生電子和空穴在該區(qū)中被加速，獲得很高的能量。如果載流子能量足夠大則它將會(huì)去碰撞晶格原子，使束縛的電子電離，從而在導(dǎo)帶和價(jià)帶產(chǎn)生一對(duì)電子－空穴對(duì)。因碰撞產(chǎn)生的載流子也會(huì)被加速并繼續(xù)去碰撞其他晶格原子，進(jìn)一步產(chǎn)生電子－空穴對(duì)，如圖1所示。

圖1APD雪崩電離示意圖

常用的APD為拉通型APD，如圖2所示，它在PIN的吸收區(qū)i層和n層之間插入了一薄層P型層，形成n＋p7［p結(jié)構(gòu)，這一新加入的P型層是一雪崩區(qū)。所謂拉通指的是在較大的外加偏壓下耗盡區(qū)從＋n結(jié)拉通到p＋表面，使整個(gè)低摻雜的冗區(qū)都為空間電荷區(qū)。其工作原理如下：首先入射光在寬的耗盡區(qū)被吸收，產(chǎn)生的光生載流子在外電場(chǎng)作用下被分開各自朝正、負(fù)兩極運(yùn)動(dòng)。對(duì)于圖2所示結(jié)構(gòu)，空穴被外電場(chǎng)掃向p＋區(qū)，電子則在外電場(chǎng)作用下朝n＋p結(jié)運(yùn)動(dòng)，在n＋p區(qū)強(qiáng)電場(chǎng)作用下發(fā)生雪崩倍增。

圖2拉通型APD

這種拉通型APD具有穩(wěn)定的倍增系數(shù)，消除了APD的倍增系數(shù)隨偏壓改變而改變的特性。之所以倍增系數(shù)的大小依賴于外加偏壓值，是因?yàn)橐韵聝蓚€(gè)原因：（1）電子和空穴兩種載流子同時(shí)倍增引起了正反饋效應(yīng)；（2）載流子離化率隨電場(chǎng)的增大而指數(shù)增加。在圖2拉通結(jié)構(gòu)中只有電子參與了雪崩倍增過程，空穴只在耗盡區(qū)電場(chǎng)作用下向p＋區(qū)漂移，并不參與雪崩電離。因此消除了兩種載流子倍增引起的正反饋效應(yīng)。此外，拉通型APD具有很寬的耗盡區(qū)，冗區(qū)比倍增區(qū)寬得多，外加電壓的變化部分加在了耗盡區(qū)從雨保持倍增區(qū)電場(chǎng)的相對(duì)穩(wěn)定。拉通型APD還具有高速、高響應(yīng)度等特點(diǎn)，在PIN中雖然在I區(qū)中載流子能以較大漂移速度運(yùn)動(dòng)，但在離本征區(qū)邊界一個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度內(nèi)的載流子仍然需要經(jīng)過緩慢的擴(kuò)散才能到達(dá)耗盡區(qū)，這一部分載流子的擴(kuò)散時(shí)間就影響了PIN的工作速度。而在APD中所有的光吸收都發(fā)生在寬的耗盡區(qū)中，避免了載流子的擴(kuò)散，既提高了