Fotodiode met interne signaalversterking door lawineproces. Lawinefotodiodes zijn halfgeleiderlichtdetectoren (fotodiodes) die werken met relatief hoge sperspanningen (meestal in de tientallen of zelfs honderden volt), soms slechts iets onder de drempelwaarde. In dit bereik worden de dragers (elektronen en gaten) die worden geëxciteerd door de absorberende fotonen versneld door een sterk intern elektrisch veld en genereren vervolgens secundaire dragers, wat vaak gebeurt in fotomultiplicatorbuizen. Het lawineproces vindt alleen plaats over een afstand van enkele micrometers en de fotostroom kan vele malen worden versterkt. Daarom kunnen lawinefotodiodes worden gebruikt als zeer gevoelige detectoren, waarvoor minder elektronische signaalversterking nodig is en dus minder elektronische ruis. De kwantumruis en versterkerruis die inherent zijn aan het lawineproces doen echter de eerder genoemde voordelen teniet. De additieve ruis kan kwantitatief worden beschreven door het additieve ruisgetal, F, wat een factor is die de toename van het elektronische ruisvermogen kenmerkt in vergelijking met een ideale fotodetector. Opgemerkt moet worden dat de versterkingsfactor en de effectieve responsiviteit van de APD sterk verband houden met de sperspanning en dat de overeenkomstige waarden van verschillende apparaten verschillend zijn. Daarom is het gebruikelijk om een spanningsbereik te karakteriseren waarin alle apparaten een bepaalde responsiviteit bereiken. De detectiebandbreedte van lawinediodes kan erg hoog zijn, voornamelijk vanwege hun hoge gevoeligheid, waardoor het gebruik van kleinere shuntweerstanden mogelijk is dan bij normale fotodiodes. Over het algemeen geldt dat wanneer de detectiebandbreedte hoog is, de ruiskarakteristieken van de APD beter zijn dan die van de gewone PIN-fotodiode, en wanneer de detectiebandbreedte lager is, presteren de PIN-fotodiode en een smalbandige versterker met weinig ruis beter. Hoe hoger de versterkingsfactor, hoe hoger het extra ruisgetal, dat wordt verkregen door de sperspanning te verhogen. Daarom wordt de sperspanning meestal zo gekozen dat de ruis van het vermenigvuldigingsproces ongeveer gelijk is aan die van de elektronische versterker, aangezien dit de algehele ruis minimaliseert. De grootte van de additieve ruis is gerelateerd aan vele factoren: de grootte van de sperspanning, de materiaaleigenschappen (in het bijzonder de ionisatiecoëfficiëntverhouding) en het ontwerp van het apparaat. Op silicium gebaseerde lawinediodes zijn gevoeliger in het golflengtegebied van 450-1000 nm (kan soms 1100 nm bereiken), en de hoogste respons ligt in het bereik van 600-800 nm, dat wil zeggen, de golflengte in dit golflengtegebied is iets kleiner dan die van Si p-i-n diodes. De vermenigvuldigingsfactor (ook wel versterking genoemd) van Si APD's varieert tussen 50 en 1000, afhankelijk van het apparaatontwerp en de toegepaste sperspanning. Voor langere golflengten hebben APD's germanium- of indiumgalliumarsenidematerialen nodig. Ze hebben kleinere stroomvermenigvuldigingsfactoren, tussen 10 en 40. InGaAs APD's zijn duurder dan Ge APD's, maar hebben betere ruiskarakteristieken en een hogere detectiebandbreedte. Typische toepassingen van lawinefotodiodes zijn onder meer ontvangers in glasvezelcommunicatie, bereik, beeldvorming, snelle laserscanners, lasermicroscopen en optische tijddomeinreflectometrie (OTDR).
We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies.
Privacy Policy
