雪崩光電二極管（APD）是一種高靈敏度、高速度的光電二極管，在日常生活中應用廣泛。
本文是關于雪崩光電二極管的相關介紹，并就其特點，探討了雪崩光電二極管的靈敏度問題。

雪崩光電二極管

APD應用于對光信號需要高靈敏度的各種應用場合，例如光纖通訊、閃爍（scintillaTIon）探測等。 　　

對APD的測量一般包括擊穿電壓、響應度和反向偏置電流等。

優(yōu)點

與真空光電倍增管相比，雪崩光電二極管具有小型、不需要高壓電源等優(yōu)點，因而更適于實際應用；與一般的半導體光電二極管相比，雪崩光電二極管具有靈敏度高、速度快等優(yōu)點，特別當系統帶寬比較大時，能使系統的探測性能獲得大的改善。

當一個半導體二極管加上足夠高的反向偏壓時，在耗盡層內運動的載流子就可能因碰撞電離效應而獲得雪崩倍增。人們最初在研究半導體二極管的反向擊穿機構時發(fā)現了這種現象。當載流子的雪崩增益非常高時，二極管進入雪崩擊穿狀態(tài)；在此以前，只要耗盡層中的電場足以引起碰撞電離，則通過耗盡層的載流子就會具有某個平均的雪崩倍增值。

碰撞電離效應也可以引起光生載流子的雪崩倍增，從而使半導體光電二極管具有內部的光電流增益。1953年，K.G.麥克凱和K.B.麥卡菲報道鍺和硅的PN結在接近擊穿時的光電流倍增現象。1955年，S.L.密勒指出在突變PN結中，載流子的倍增因子M隨反向偏壓V的變化可以近似用下列經驗公式表示

M=1/[1-(V/VB)n]

式中VB是體擊穿電壓,n是一個與材料性質及注入載流子的類型有關的指數。當外加偏壓非常接近于體擊穿電壓時，二極管獲得很高的光電流增益。PN結在任何小的局部區(qū)域的提前擊穿都會使二極管的使用受到限制，因而只有當一個實際的器件在整個PN結面上是高度均勻時，才能獲得高的有用的平均光電流增益。因此，從工作狀態(tài)來說，雪崩光電二極管實際上是工作于接近（但沒有達到）雪崩擊穿狀態(tài)的、高度均勻的半導體光電二極管。

影響響應速度的因素

載流子在耗盡層中獲得的雪崩增益越大，雪崩倍增過程所需的時間越長。因而，雪崩倍增過程要受到“增益-帶寬積”的限制。在高雪崩增益情況下，這種限制可能成為影響雪崩光電二極管響應速度的主要因素之一。但在適中的增益下，與其他影響光電二極管響應速度的因素相比，這種限制往往不起主要作用，因而雪崩光電二極管仍然能獲得很高的響應速度。現代雪崩光電二極管增益-帶寬積已達幾百吉赫。

與一般的半導體光電二極管一樣，雪崩光電二極管的光譜靈敏范圍主要取決于半導體材料的禁帶寬度。制備雪崩光電二極管的材料有硅、鍺、砷化鎵和磷化銦等Ⅲ-Ⅴ族化合物及其三元、四元固熔體。根據形成耗盡層方法的不同，雪崩光電二極管有PN結型（同質的或異質結構的PN結。其中又有一般的PN結、PIN結及諸如 N+PπP+結等特殊的結構）、金屬半導體肖特基勢壘型和金屬-氧化物-半導體結構等。

如何提高雪崩光電二極管靈敏度

光敏二極管和光敏三極管是光電轉換半導體器件，與光敏電阻器相比具有靈敏度高、高頻性能好，可靠性好、體積小、使用方便等優(yōu)點。 光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導體二極管在結構上是類似的，其管芯是一個具有光敏特征的PN結，具有單向導電性，因此工作時需加上反向電壓。無光照時，光敏二極管截止。當光線照射PN結時，光敏二極管導通。

光敏二極管使用時要反向接入電路中，即正極接電源負極，負極接電源正極。常見的有2CU、2DU等系列。 光敏二極管是一種光電轉換器件，其基本原理是光照到PN結上時，吸收光能并轉變?yōu)殡娔堋Ｋ�具有兩種工作狀態(tài)：

當光敏二極管加上反向電壓時，管子中的反向電流隨著光照強度的改變而改變，光照強度越大，反向電流越大，大多數都工作在這種狀態(tài)。

光敏二極管上不加電壓，利用P-N結在受光照時產生正向電壓的原理，把它用作微型光電池。這種工作狀態(tài)，一般作光電檢測器。光敏二極管分有P-N結型、PIN結型、雪崩型和肖特基結型，其中用得最多的是PN結型，價格便宜。

光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時也受光輻射的控制。 通常基極不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補償和附加控制等作用。當具有光敏特性的PN 結受到光輻射時，形成光電流，由此產生的光生電流由基極進入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個放大了相當于β倍的電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。它由光控三極管和35集成電路兩部分組成。

集成電路IC及三極管T3、電阻R4、R5等構成放大電路。平常在光源照射下，T1呈低阻狀態(tài)，T2飽和導通，IC觸發(fā)端3腳得不到正觸發(fā)脈沖而不工作，揚聲器無聲。當T1被物體遮擋時，便產生一負脈沖電壓，并通過C1耦合到T2的基極，導致T2進入截止狀態(tài)，IC獲得一正觸發(fā)脈沖而工作，輸出音頻通過T3放大，推動揚聲器發(fā)出聲響

雪崩光電二極管的應用

雪崩光電二極管（APD）是一種高靈敏度、高速度的光電二極管。施加反向電壓時，能啟動其內部的增益機構。APD的增益可以由反向偏置電壓的幅度來控制。反向偏置電壓越大增益就越高。APD在電場強度的作用下工作，光電流的雪崩倍增類似于鏈式反應。APD應用于對光信號需要高靈敏度的各種應用場合，例如光纖通訊、閃爍（scinTIllaTIon）探測等。 　　對APD的測量一般包括擊穿電壓、響應度和反向偏置電流等。典型APD的最大額定電流為10-4到10-2A，而其暗電流則可低達10-12到10-13A的范圍。最大反向偏置電壓隨APD的材料而變化，銦砷化鎵（InGaAs）材料的器件可達100V，硅材料的器件則可高達500V。 　　測試介紹 　　測量APD的反向偏置電流需要一種能夠在很寬范圍內測量電流并且能輸出掃描電壓的儀器。由于這種要求，吉時利6487型皮安計電壓源或者6430型亞飛安（Sub-Femtoamp）源-表等儀器對于這類測量工作是非常理想的。 　　圖4-19 所示為6430型亞飛安源-表連接到一個光電二極管上。該光電二極管安放在一個電屏蔽的暗箱中。為了對敏感的電流測量進行屏蔽，使其不受靜電干擾的影響，將此暗箱與6430型亞飛安源表的低端相連。

圖4-20示出使用6430型數字源表測量得到的銦砷化鎵（InGaAs）材料APD的電流與反向掃描電壓的關系曲線，注意其電流測量的范圍很寬。隨著光的增強，雪崩區(qū)域變得更加明顯。擊穿電壓將引起電流自由流動，因為這時會形成電子空穴對，而不再需要光照射二極管來產生電流。

結語

關于雪崩光電二極管的靈敏度的介紹就到這了，希望通過本文能讓你對雪崩光電二極管靈敏度有更深的認識。