雪崩光电二极管的暗电流存在的原因及测试方法

2022-01-27 11:55分类：电子元器件阅读：

文中主要是有关山崩光电二极管的有关详细介绍，根据山崩光电二极管的特点，浅谈了暗电流的有关讨论。

山崩光电二极管

山崩光电二极管是一种p-n结型的光检验二极管，在其中使用了自由电子的山崩增长效用来变大光学数据信号以增强检验的敏感度。其基本上构造经常选用易于造成山崩增长效用的Read二极管构造（即N PIP 型构造，P 一面接受光），工作中时加很大的反方向偏压，促使其做到山崩增长情况；它的吸光区与增长区基本一致（是出现有高静电场的P区和I区）。

P-N结加适合的高反方向偏压，使耗尽层实远生自由电子遭受强电磁场的加快功效得到充足高的机械能，他们与晶格常数撞击水解造成新的电子器件一空穴对，这种自由电子又持续造成新的撞击水解，导致自由电子的山崩增长，获得电流量增益值。在0.6～0.9μm股票波段，硅APD具备贴近梦想的特性。InGaAs（铟镓砷）/InP（铟磷）APD是长光波长（1.3μn，1.55μm）股票波段光纤通信系统较为满意的光探测器。其结构合理如下图所示，光的消化吸收层要InGaAs原材料，它对1.3μm和1.55μn的光具备高的吸收率，为了更好地防止InGaAs同质性结隧道施工穿透在于雪崩击穿，把山崩区与消化吸收区别开，即P-N结做在InP对话框层内。由于InP原材料中空穴离化指数超过电子器件离化指数，山崩区采用n型InP，n-InP与n-InGaAs异质性页面存有很大价带能隙，易导致光生空穴的失守，在期间夹进带隙渐变色的InGaAsP（铟镓砷磷）衔接区，产生SAGM（各自消化吸收、等级分类和增长）构造。

雪崩光电二极管的暗电流存在的原因及测试方法

在APD生产制造上，必须在元器件表层增设保护环，以提升反方向抗压性能；半导体器件以Si为优（普遍用来检验0.9um下列的光），但在检验1um之上的长光波长光时则常见Ge和InGaAs（噪声和暗电流很大）。这类APD的缺陷便是存有有隧道施工电流量增长的全过程，这将发生很大的散粒噪声（减少p区夹杂，可减少隧道施工电流量，但山崩工作电压即将提升）。一种改善的构造是说白了SAM-APD：增长区用较宽带隙的原材料（促使不消化吸收光），吸光区用窄小带隙的原材料；这儿因为使用了异质结，就可以在没有危害吸光区的状况出来减少增长区的参杂浓度值，促使其隧道施工电流量得到减少（如果是基因突变异质结，由于ΔEv的存有，将使光生空穴有一定的累积而危害到元器件的响应时间，这时候可在基因突变异质结的正中间插进一层缓变层来减少ΔEv的危害）。

关键特点

①山崩增益值指数M（也叫增长因素），对基因突变结

式中V为反方向偏压，VB为体雪崩击穿工作电压；n与原材料、

元器件构造及入射波长等相关，为参量，其数值1～3。②增益带宽积，增益值很大且頻率很高时，

M(ω)·ω?

式中ω为角频率；N为参量，它随离化指数比迟缓转变；W为耗光区薄厚；Vs为饱和状态速率；αn及αp各自为电子器件及空穴的离化指数，增益带宽积是个参量。要想获得高相乘，应挑选大Vs，小W及小αn/αp（即电子器件、空穴离化指数区别要大，并使具备较高离化指数的自由电子引入到山崩区）。③产能过剩噪音因素F，在增长全过程中，噪音电流量比数据信号电流量提高快，用F表明山崩全过程引发的噪音额外F≈Mx。式中x称产能过剩噪音指数值。要选用适合的M值，才可以取得最好频率稳定度，使系统软件实现最大敏感度。④溫度特点，自由电子离化指数随溫度上升而降低，造成增长因素减少、击穿电压上升。用击穿电压的温度系数卢叙述APD的气温特点。

β=?

式中VB及VB0分别是溫度为T及T0时的击穿电压。

应用时要对工作中点开展温度控制，要生产制造匀称的P-N结，防止部分结面被穿透。

山崩光电二极管的暗电流存有的缘故及测试标准

图3得出暗电流特点，虚线为仿真模拟結果，“*”为别的参考文献报导的研究結果，图上由此可见二者合乎不错。针对小的

偏压，暗电流以蔓延电流量和内寄生泄露电流为主导，对大的偏压，暗电流主要表现为隧穿电流量)该元件的击穿电压为80.5?V。?

图4得出冲激响应特点。键入数据信号总宽为10ps最高值输出功率1mW的Gauss形单脉冲，偏压为50V，取样电阻为5?0?SZ，光由P区人射。由图由此可见，仿真模拟效果与试验結果较为合乎。这一元器件自身的电容器较为小，分布电容对波型的危害非常大。图上得出1sCpF?和1.5pF两根仿真模拟曲线图，相匹配的半峰全宽（FWHM）各自为150?ps和175?ps，别的参考文献得出的結果为140ps.由之上较为結果由此可见，这儿提供的PIN-APD电源电路实体模型能比较好的预测分析元器件的特性.除此之外，这儿还得出了对这一元器件的其他仿真模拟結果。见图5--7.图5得出相匹配不一样激光功率的光电流曲线图。在非常大的偏压范畴内，曲线图都非常平整，仅有在贴近击穿电压时，光电流才随偏压的提升而扩大，这主要是隧穿电流量产生的。图6得出1W?键入激光功率状况下的量子效率随偏压的变动关联。这儿量子效率界定为光生电子器件一空穴多数和人射光量子数之比。当偏压低于55?V时，量子效率基本上维持为40%，随偏压上升，量子效率快速扩大，相匹配80?V的量子效率为9.457%，图7得出不一样偏压下的冲激响应，标准

同图4。由图由此可见，随偏压的扩大，回应力度扩大,FWHM扩大，这也是因为雪崩效应导致的。当偏压贴近击穿电压时，该元器件已不可以回应那样短的单脉冲。

雪崩光电二极管的暗电流存在的原因及测试方法

山崩光电二极管的维护

光的消化吸收层要InGaAs原材料，它对1.3μm和1.55μn的光具备高的吸收率，为了更好地防止InGaAs同质性结隧道施工穿透在于雪崩击穿，把山崩区与消化吸收区别开，即P-N结做在InP对话框层内。由于InP原材料中空穴离化指数超过电子器件离化指数，山崩区采用n型InP，n-InP与n-InGaAs异质性页面存有很大价带能隙，易导致光生空穴的失守，在期间夹进带隙渐变色的InGaAsP（铟镓砷磷）衔接区，产生SAGM（各自消化吸收、等级分类和增长）构造。在APD生产制造上，必须在元器件表层增设保护环，以提升反方向抗压性能；半导体器件以Si为优（普遍用来检验0.9um下列的光），但在检验1um之上的长光波长光时则常见Ge和InGaAs（噪声和暗电流很大）。

这类APD的缺陷便是存有有隧道施工电流量增长的全过程，这将发生很大的散粒噪声（减少p区夹杂，可减少隧道施工电流量，但山崩工作电压即将提升）。一种改善的构造是说白了SAM-APD：增长区用较宽带隙的原材料（促使不消化吸收光），吸光区用窄小带隙的原材料；这儿因为使用了异质结，就可以在没有危害吸光区的状况出来减少增长区的参杂浓度值，促使其隧道施工电流量得到减少（如果是基因突变异质结，由于ΔEv的存有，将使光生空穴有一定的累积而危害到元器件的响应时间，这时候可在基因突变异质结的正中间插进一层缓变层来减少ΔEv的危害）。

浅说山崩光电二极管

雪崩光电二极管的暗电流存在的原因及测试方法

光电二极管方式—光电流在图2所显示环城路中流动性，进而正方向参考点二极管。依据二极管多数正方向V-I特点，卸载掉输出电压与光电流类似成多数关联（极低电流量下由RD修改）。因而，输出电压随辐射强度而展现高离散系统转变。这类特性有利于一些运用，由于在全部宽范畴内光源“色度”的突出转变（双眼便是很好的多数）造成相似的电流转变。因为二极管V-I特点的溫度依赖感，工作电压与辐射强度的肯定关联关不理想化。

山崩光电二极管的暗电流存有的缘故及检测方式

二极管电容器限定了太阳能发电方式的相频特性。辐射强度的快速转变必会对CD电池充电和充放电。这不是快速响应所运用的方式。

运用一个简易的非逆运算放大器电路，我们可以缓存或是变大輸出。应用低键入参考点电流量的CMOS或是JFET运放电路，那样您就可以没有低辐射强度水准下给光电二极管增加负荷。

为了更好地在太阳能发电方式下发电量，大家必须载入輸出，随后大幅度降血压。最大输出功率輸出的负荷状况在于辐射强度。

光学导方式—二极管工作电压始终保持稳定不会改变（经常为0V，如图所示3所显示）。跨特性阻抗放大仪（TIA）常见于将光电流变换为工作电压。能够在光电二极管上应用反方向参考点来减少其电容器，但这会组成“暗电流”泄露电流。因为在二极管上并没有产生正方向工作电压，因而回应随辐射强度的改变十分线形。此外，二极管电容器的工作电压不随辐射强度的变动而转变，因而相频特性获得巨大改进。低电容器依然很重要，因为它在意见反馈通道中产生一个极。它一般会规定应用一个意见反馈电力电容器CF，以得到可靠性。

雪崩光电二极管的暗电流存在的原因及测试方法

只需根据一个低值易耗（约50欧姆）电阻提升光电二极管负荷，您还可以获得光学导方式的众多益处。假如二极管工作电压不超过20mV，则您不用巨大地对二极管正方向参考点，而且回应也十分地线形和快速。可是，敏感性极低。

山崩光电二极管为一些独特二极管，其功效是运行在高反方向偏置电压下（贴近二极管击穿电压）。那样可变大低辐射强度下的输入输出电流量。

挑选一个光电二极管有很多繁杂的衡量全过程，包含光电二极管尺寸规格、电容器、噪音、暗电流泄漏和封装类型。总而言之，最好是应用一个中小型光电二极管，并根据反射镜片或是镜片集中化比较有限灯源。TI不独立生产制造光电二极管，可是就很多基本运用来讲OPT101给予一整套解决方法，把光电二极管和TIA集成化到同一块IC上。