Лавинные фотодиоды

Лавинный фотодиод – это кремниевый полупроводник, состоящий из p-n перехода с положительной примесью p-типа и отрицательной примесью n-типа, которые соединены нейтрально-заряженной обедненной областью. Эти диоды усиливают фототок за счет генерации  электронно-дырочных пар, которые образуются при ударной ионизации электронов в сильном электрическом поле. Электрон и дырка в свою очередь также начинают участвовать в ударной ионизации. Поэтому нарастание числа носителей заряда, участвующих в ударной ионизации, происходит лавинообразно.

Рисунок 1. Лавинный фотодиод

На рисунке 1 изображен типичный лавинный фотодиод. Фотоны сперва проходят через слой двуокиси кремния (SiO₂), затем через n и p области, после чего они попадают в обедненный слой, где возбуждают свободные электроны и дырки. Вследствие возбуждения свободные электроны начинают переходить к катоду, а дырки – к аноду. Когда к диоду подают обратное смещение (напряжение) и появляется p-n переход, то ток течет пропорционально количеству фотонов.

Лавинные фотодиоды очень похожи по структуре с кремниевыми p-i-n диодами, однако обедненный слой в лавинном фотодиоде сравнительно тонкий. Поэтому в направлении перехода возникает очень сильное электрическое поле. Как правило, к фотодиоду подается очень сильное обратное смещение (до 2500В). С увеличением обратного напряжения, электроны, генерируемые в p-области, продолжают увеличивать свою энергию пока не смогут участвовать в ударной ионизации кристаллической решетки кремния. Лавинный эффект является результатом преумножения количества носителей заряда. Схожий процесс происходит в динодах фотоэлектронного умножителя.

Рисунок 2. Усиление и темновой ток в лавинном фотодиоде.

Лавинные фотодиоды способны выдавать значительное усиление (500-1000), однако проявляется существенный темновой ток, который заметно увеличивается с увеличением обратного напряжения (Рисунок 2). Они компактные и устойчивы к магнитным полям, не требуют большого тока, не перегружаются, и имеют высокий уровень квантовой эффективности, которая может достигать 90 процентов. Сейчас лавинные фотодиоды используются вместо фотоумножителей в огромном количестве приложений с низким уровнем света.

Статья взята из интернет-ресурса http://learn.hamamatsu.com/articles/avalanche.html