雪崩光电二极管噪声特性研究浅谈二极管雪崩效应

2022-01-28 08:01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，并主要论述了山崩光电二极管的噪音特点科学研究。

山崩光电二极管APD

光研科学研究超强力引入新产品——山崩光电二极管APD。目前IAE、SAE和SAR系列产品。这好多个系列产品的商品具有非常高的回应度和非常短的升高和上升幅度。这般性能卓越的APD能够非常好地使用在莹光检测、毫米波雷达系统软件、光纤线传输数据和条形码识别器等层面。其优异的低噪声特性使其能够非常好地使用在低光抗压强度下对中或较高频光的检测。

IAE系列产品铟氮化镓山崩光电二极管

雪崩光电二极管噪声特性研究浅谈二极管雪崩效应

叙述

IAE系列产品山崩光电二极管是铟氮化镓山崩光电二极管较大商业价值的运用，在1000到1650nm的光波长范畴内，它具有非常高的回应度和非常短的升高和上升幅度。在1550nm处的最高值回应度能够满意地运用到对人的眼睛安全性的激光测距，自由空间的电子光学通信，光频域反射面仪和高像素的电子光学相关X线断块摄影技术上。集成ic被封裝在一个改进的TO46包裝内或安装在一个瓷器的基座上。

特点

● 80或200μm合理范畴

● 超过500MHz的独有网络带宽

● 从1000到1650nm

● 低暗电流和噪音

● 改进的TO46包裝或瓷器基座

运用

● 激光测距

● 电子光学通信系统

硅山崩光电二极管(近红外光谱仪加强型)

叙述

SAE230NS系列产品和SAE50NS系列产品外延性山崩光电二极管是山崩光电二极管中主要用途非常广泛的，在550到1050nm的范畴内，他们拥有非常高的回应度和非常短的升高和上升幅度。用以激光测距时，在900nm的光波长下还可以获得最好的回应度。集成ic被封裝在一个改进过的TO46包裝内，并含有集成化的905nm过滤器可选择。

特点

● 非常高的量子效率

● 低噪声，快速

● 增长增益值，用以M>100时

● 230μm和500μm直徑合理范畴

● 渐近的增长曲线图数据图表

●极宽的操作温度范畴

运用

● 激光测距

● 电子光学通信系统

硅山崩光电二极管（彩光加强型）

山崩光电二极管噪音特点科学研究

1PD热噪声

光电二极管PD务必外接负载电阻或运算放大器等机器设备能够检验出光电流，这种设施中，电子器件也在健身运动。这类健身运动只需气温并不是绝对零度，便会在热的作用下产生不规则变化。那样，做为电子器件总体运作的均值，观查到的工作电流是不规律变化的，这类不规律变化形成的噪音称之为热噪声。假如忽视APD內部阻值的危害，只考虑到外围电路的负荷RL（等效电路负荷），则热噪声电流量 ij-APD能够测算以下：

式中：K为波尔茨曼参量；T为绝对温度；B为噪音网络带宽

2PD散粒噪音

因为自由电子的任意健身运动而致使电流量的起伏产生了散粒噪声。散粒噪音和热噪声的原因全是来源于电子器件和氧空位的不规律健身运动，不管哪种光电二极管都是会产生，而且，并不限于光电二极管，与光无关的全部半导体行业都是会造成，他们是无法清除和减少的噪音。针对 PIN型PD，散粒噪音包括起因于光生电流量的散粒噪音和起因于暗电流的散离噪音两一部分。

式中：iRD为由电容串联；RD类似为热噪声电流量；iSD为由暗电流造成的散粒噪音电流量；iSP表明由光电流造成的散粒噪音电流量。针对APD而言，由于设定了增长组织，因此总的散粒噪音电流量由增长的散粒电流量和沒有增长的散粒电流量两部份构成。

3APD的产能过剩噪音

电子器件、空穴和分子一旦发生争执便会形成新的电子器件和空穴，导致电流量不规则变化进而产生噪音，这类噪音称之为产能过剩噪音。产能过剩噪音与材质相关，Si原材料的产能过剩噪音远低于Ge原材料的产能过剩噪音，因而APD的噪音要超过PIN型PD的噪音[2]。假如将APD的产能过剩噪音也列入到散粒噪音当中，则APD 的散粒噪音In测算以下：

式中：q我电子器件的电荷量；IP为M=1时的光生电流量；Idg 为基钢板內部产生的电流量；B为网络带宽；M为增长率；F为产能过剩噪声系数；Ids为外表的泄露电流。

电子器件的离子化率（α）和氧空位的离子化率（β）之比称之为离子化率比[k=α/β]产能过剩噪声系数F可以用k和M表明。

公式计算（4）表明电子器件引入山崩层的产能过剩噪声系数，倘若空穴引入山崩层的产能过剩噪声系数，必须换置为1/k的方式。

APD的噪音是随着着增长造成的，若增长率提升则产能过剩噪音提升，总的噪音也随着扩大[3]。数据信号也伴随着增长率的提高而扩大，那样就存有一个使频率稳定度 S/N较大的增长率。APD的S/N测算以下：

式中：K、T和RL各自表明波尔茨曼参量、绝对温度和负载电阻器。求最高值并忽视Ids，算出的较大增长率 Opt M测算以下。

结语

针对PIN PD，若期待减少热噪声就必须增加负载电阻，那样便会造成响应时间减缓。因此，热噪声无法缩小，造成了在很多状况下，最少接受脉冲信号遭受热噪声牵制。而针对APD，在散粒噪音做到同样水平的热噪声以前，可以在没有提升总的噪音的标准下，加倍地扩大数据信号。那样就可以在保证响应时间的条件下，改进频率稳定度。

探讨二极管雪崩效应

在强静电场下，半导体材料中的自由电子会被静电场加温（见半导体材料中的热自由电子），一部分自由电子能够得到充足高的动能，这种自由电子有可能根据撞击把热量传达给价携带的电子器件，使之产生水解，进而造成电子器件-空穴对，这类全过程称之为撞击水解。所造成的电子器件氧空位对，在静电场中往反之方位健身运动，又被静电场加温并形成新的电子器件氧空位对。以此方法能够使自由电子很多繁衍，这类情况称之为山崩增长效用。

山崩光电二极管噪音特点科学研究探讨二极管雪崩效应

上图图得出了室内温度下由试验精确测量获得的几类半导体材料中电子电离率和空穴水解率随场强的转变。水解率一般可以用以下经验公式定律表明

α=A，

式中为场强和为参量。

半导体材料中的雪崩效应是造成pn结穿透的一种体制。加反方向偏压的PN结，其空间电荷区域内有较强的静电场。在反方向偏压充足高，空间电荷区域内静电场非常强时，热生自由电子在经过强静电场区的时候会造成山崩增长效用。因此反方向电流量会随反方向工作电压快速提升，这类情况称之为雪崩击穿。针对硅、锗的PN结，当击穿电压超过6/时（是带隙，是电子电荷），穿透由雪崩效应造成，而当击穿电压低于4/时，穿透由另一种效用，即隧穿所造成。

在山崩体制中，电流量的增长不但决策于水解率的尺寸（或与之相关联的场强），并且决策于能合理造成撞击水解的空间电荷区的总宽。雪崩击穿工作电压一般随环境温度的升高而提升。

当PN结产生雪崩击穿时，一般随着着发亮状况，所发送光子的能量能够明显地超出禁带动能。

假如在金属材料－导体和绝缘体－半导体材料系统软件的栅上增加高的脉冲信号工作电压（比如对由P型半导体所组成的MIS构造增加正栅压）也会在半导体材料表层造成雪崩效应。这时候半导体材料表层呈深耗光情况。在表层静电场充足高时，在耗尽层中游动的热生自由电子会造成山崩增长效用。

针对包括PN结的半导体元器件，一般说来，山崩增长效用是个约束性要素。但还可以运用此效用来制做一些元器件，如撞击山崩渡越二极管及山崩引入MOS非易失性存储元件。