雪崩光电二极管工作原理和应用特点

雪崩光电二极管（APD）由日本工程师“Jun-ichi Nishizawa”于1952年设计。雪崩光电二极管是一种响应速度非常快的半导体探测器，它利用光电效应将光变为电。2020年，研究发现在雪崩光电二极管中添加石墨烯层，可以减少这些二极管的退化。

另外，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，电荷载体是通过碰撞产生的。光粒子状光子产生许多电子以产生电流。

基本符号和结构

与其他二极管不同的是，雪崩光电二极管是使用雪崩方法提供额外性能的二极管，这些二极管用于将信号从光变为电。雪崩光电二极管可以在高反向偏压下工作，其符号类似于齐纳二极管：

雪崩光电二极管的结构和PIN光电二极管比较相似。雪崩光电二极管包括两个重掺杂区和两个轻掺杂区。其中重掺杂区域是P+和N+，而轻掺杂区域是I和P。

在本征区，与PIN光电二极管相比，该二极管的耗尽层宽度相当薄。其中，P+区域像阳极一样工作，而N+区域作为阴极。

与其他光电二极管相比，雪崩光电二极管工作在高反向偏置条件下。因此，这允许通过光冲击或光子形成的电荷载体的雪崩倍增。雪崩作用允许光电二极管的增益提高数倍，以提供高灵敏度范围。

工作原理

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，它会在电阻极高的P区域内被吸收，然后产生电子-空穴对。

电荷载流子漂移包括它们的饱和速度到存在高电场的PN+区域。当速度最高时，电荷载流子将穿过其他原子并产生新的电子-空穴对。巨大的电荷载流子对将产生高光电流。

其实，雪崩光电二极管操作可以完全在耗尽模式下完成。但是，除了线性雪崩模式外，它们还可以在盖革模式下工作。在这种类型的操作模式下，光电二极管可以在上述击穿电压下操作。目前还推出了另一种模式，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识别微弱信号，但电路需要进行足够优化以达到高信噪比 (S/N)。SNR是：

S/N = 来自光电流/光电探测器的功率 + 放大器噪声功率

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。

Pin光电二极管和雪崩光电二极管的区别

Pin光电二极管和雪崩光电二极管之间的区别包括以下几点内容：

主要优缺点

雪崩光电二极管的优点包括以下几点内容：

• 灵敏度范围高
• 高性能
• 快速响应时间
• 检测低强度光。
• 一个单光子会产生大量的电荷载流子对

雪崩光电二极管的缺点包括以下几点内容：

• 所需工作电压高
• 输出不是线性的
• 高噪音
• 由于可靠性低，不经常使用
• 使用高反向偏压进行正常操作

主要应用

雪崩光电二极管的应用主要包括在以下几个方面：

• 激光扫描仪
• 天线分析桥
• PET扫描仪
• 条码读取器
• 激光显微镜
• 激光测距仪
• 测速枪
• 用于OFC（光纤通信）接收器、成像、测距、激光显微镜、激光扫描仪和 OTDR（光时域反射计）
• 用于光通信，如接收检测器

总结

以上就是关于于雪崩光电二极管的基础内容介绍，它是一个工作在反向击穿区的两端PN结二极管。与PIN光电二极管相比，这些光电二极管具有高SNR（信噪比）、快速响应、高灵敏度和更少的暗电流等优势特点。

由于雪崩光电二极管是高灵敏度、基于高速的二极管，它使用通过施加反向电压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，因此可用于需要高灵敏度的不同应用，例如光距离测量和长距离光通信。