APD

简介

　　解释：

        雪崩光电二极管(APD)是光探测领域中使用的光伏探测器元件。在以硅或锗为材料制成的光电二极管的P-N结上加上反向偏压后，射入的光被P-N结吸收后会形成光电流。加大反向偏压会产生“雪崩”（即光电流成倍地激增）的现象，因此这种二极管被称为“雪崩光电二极管”。

　　工作原理：碰撞电离和雪崩倍增

　　一般光电二极管的反偏压在几十伏以下，而APD的反偏压一般在几百伏量级，接近于反向击穿电压。 当APD在高反偏压下工作，势垒区中的电场很强，电子和空穴在势垒区中作漂移运动时得到很大的动能。

　　它们与势垒区中的晶格原子碰撞产生电离，激发产生的二次电子与空穴在电场下得到加速又碰撞产生新的电子－空穴对，如此继续，形成雪崩倍增效应？。

　　APD主要用于激光测距机和长距离光纤通信，此外也开始被用于正电子断层摄影和粒子物理等领域 [1]。APD阵列也已被商业化。

　　APD的用途取决于许多性能指标。主要的几个性能指标为量子效率（表示APD吸收入射光子并产生原始载流子的效率）和总漏电流（为暗电流、光电流与噪声之和）。暗电噪声包括串联和并联噪声，其中串联噪声为散弹噪声，它大致正比于APD的电容，而并联噪声则与APD的体暗电流和表面暗电流的波动有关。此外，还存在用噪声系数F表示的超额噪声，它是随机的APD倍增过程中所固有的统计噪声。

材料

　　理论上，在倍增区中可采用任何半导体材料：

　　硅材料适用于对可见光和近红外线的检测，且具有较低的倍增噪声（超额噪声）。

　　锗(Ge)材料可检测波长不超过1.7μm的红外线，但倍增噪声较大。

　　InGaAs材料可检测波长超过1.6μm的红外线，且倍增噪声低于锗材料。它一般用作异构(heterostructure)二极管的倍增区。该材料适用于高速光纤通信，商用产品的速度已达到10Gbit/s或更高。

　　氮化镓二极管可用于紫外线的检测。

　　HgCdTe二极管可检测红外线，波长最高可达14μm，但需要冷却以降低暗电流。使用该二极管可获得非常低的超额噪声。

超额噪声

　　如前所述，超额噪声是由倍增过程产生的噪声，它与倍增过程的增益M有关，记作F(M)，一般可用下式计算：

　　其中为空穴与电子的碰撞电离率之比，在电子倍增器件中定义为空穴碰撞电离率除以电子碰撞电离率的比值。一般希望两个碰撞电离率的差别尽可能大，以减小F(M)，因为F(M)是决定最高能量分辨率等性能指标的主要因素之一。