影响雪崩二极管响应速度的原因有哪些 详解雪崩二极管应用

本文主要是关于雪崩
二极管
的相关介绍，阐述了影响雪崩二极管响应速度之分析，并详解了雪崩二极管的相关应用。

雪崩二极管

雪崩二极管是具有内部光电流增益的半导体光电子器件，又称固态光电倍增管。它应用光生载流子在二极管耗尽层内的碰撞电离效应而获得光电流的雪崩倍增。这种器件具有小型、灵敏、快速等优点，适用于以微弱光信号的探测和接收，在
光纤通信
、
激光
测距和其他光电转换数据处理等系统中应用较广。

优点

与真空光电倍增管相比，雪崩光电二极管具有小型、不需要高压电源等优点，因而更适于实际应用；与一般的半导体光电二极管相比，雪崩光电二极管具有灵敏度高、速度快等优点，特别当系统带宽比较大时，能使系统的探测性能获得大的改善。

影响雪崩二极管响应速度的原因有哪些

在材料掺杂浓度较低的
PN结
中，当PN结反向电压增加时，空间电荷区中的电场随着增强。这样，通过空间电荷区的
电子
和空穴，就会在电场作用下获得的能量增大，在
晶体
中运动的电子和空穴将不断地与晶体原子又发生碰撞，当电子和空穴的能量足够大时，通过这样的碰撞的可使共价键中的电子激发形成自由电子–空穴对。新产生的电子和空穴也向相反的方向运动，重新获得能量，又可通过碰撞，再产生电子–空穴对，这就是载流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像在陡峻的积雪山坡上发生雪崩一样，载流子增加得多而快，这样，反向
电流
剧增， PN结就发生雪崩
击穿
。利用该特点可制作高反压二极管。下图是雪崩击穿的示意图.

雪崩二极管是一种负阻器件，特点是输出功率大，但噪声也很大。主要噪声来自于雪崩噪声，是由于雪崩倍增过程中产生电子和空穴和无规则性所引起的，其性质和散弹噪声类似。雪崩噪声是雪崩二极管
振荡器
的噪声远高于其它振荡器的主要原因。

载流子在耗尽层中获得的雪崩增益越大，雪崩倍增过程所需的时间越长。因而，雪崩倍增过程要受到“增益-带宽积”的限制。在高雪崩增益情况下，这种限制可能成为影响雪崩光电二极管响应速度的主要因素之一。但在适中的增益下，与其他影响光电二极管响应速度的因素相比，这种限制往往不起主要作用，因而雪崩光电二极管仍然能获得很高的响应速度。现代雪崩光电二极管增益-带宽积已达几百吉赫。与一般的半导体光电二极管一样，雪崩光电二极管的光谱灵敏范围主要取决于半导体材料的禁带宽度。

制备雪崩光电二极管的材料有硅、锗、砷化镓和磷化铟等Ⅲ-Ⅴ族化合物及其三元、四元固熔体。根据形成耗尽层方法的不同，雪崩光电二极管有PN结型（同质的或异质结构的PN结。其中又有一般的PN结、
PI
N结及诸如 N+PπP+结等特殊的结构）、金属半导体肖特基势垒型和金属-
氧化
物-半导体结构等。

详解雪崩二极管应用

每个模块包括一个光电探测器（快速光电二极管或雪崩光电二极管）和一个互
阻抗

放大器
。同一封装中兼备放大器和光探测器，使其环境噪声更低，寄生电容更小。

C30659 系列模块包括一个连接到低噪声互阻抗放大器的APD。有4种型号使用硅晶体雪崩光电二极管和2 种型号铟镓砷雪崩光电二极管可选择。50 兆赫和200 兆赫的标准频带宽度可以适应大范围应用。另有两种C30659 型号的雪崩光电二极管配置热电制冷（LLAM 系列），帮助改善噪音或保持雪崩光电二极管在任何环境温度下恒温工作，C30659 型号可以根据特殊应用需要，选择一种定制频带宽度或适合特殊环境要求的定制产品。另有一种带尾纤封装14 插脚双列直插式插件，可以达到几乎100 %
耦合
效率。C30950EH是可以替代C30659 的低成本型产品。放大器用来抵消电压增益放大器的输入
电容
。C30919E 与C30950EH 使用相同设计结构，多了一个高压温度补偿
电路
以保持模块在宽温度范围内的响应性常数。另两种HUV 模块可用于低频高增益应用，它涵盖了从紫外线到接近
红外
线的广谱范围。

应用范围大概介绍

· 激光测距仪

· 共焦显微镜检查

· 视频扫描成像仪

· 高速分析仪器

· 自由空间通信

· 紫外线传感

· 分布式
温度传感器

特点和优点

· 超低噪声

· 高速

· 高互阻抗增益

常用型号：C30659-900-R5BH，C30659-900-R8AH， C30659-1060-R8BH，C30659-1060-3AH 　　C30659-1550-R08BH，C30659-1550-R2AH， C30919E， C30950EH，LLAM-1550-R2A， LLAM-1060-R8BH 　　HUV-1100BGH，HUV-2000BH

击穿分两类：电性击穿和热击穿，电性击穿又分成隧道击穿和雪崩击穿。通常来说击穿电压超过6V为雪崩击穿，小于4V为隧道击穿，4V~6V两种都有。隧道击穿又称齐纳击穿。两者在电压允许范围内是可逆击穿，但超过一定程度时就会转换成热击穿，引起二极管的永久失效。

整流管的工艺一般都是N+NP+的台面工艺，不管是OJ还是GPP，其PN结是一个台面，降低漏电流，至于400V的普通管和雪崩管工艺异同处，我认为lz二极管分类混淆了，400V的普通管应该就是雪崩管

雪崩光电二极管(APD)(又称累崩光电二极管或崩溃光二极体)是一种半导体光检测器，其原理类似于光电倍增管。在加上一个较高的反向偏置电压后（在硅材料中一般为100-200 V），利用电离碰撞（雪崩击穿）效应，可在APD中获得一个大约100的内部电流增益。某些硅APD采用了不同于传统APD的掺杂等技术，允许加上更高的电压(>1500 V)而不致击穿，从而可获得更大的增益(>1000)。一般来说，反向电压越高，增益就越大。APD倍增因子M的计算公式很多，一个常用的公式为 

 其中L是电子的空间电荷区的长度，而是电子和空穴的倍增系数，该系数取决于场强、温度、掺杂浓度等因素。由于APD的增益与反向偏置和温度的关系很大，因此有必要对反向偏置电压进行控制，以保持增益的稳定。雪崩光电二极管的灵敏度高于其它半导体光电二极管。为获得更高的增益（105–106），某些APD可以工作在反向电压超出击穿电压的区域。此时，必须对APD的信号电流加以限制并迅速将其清为零，为此可采用各种主动或被动的电流清零技术。这种高增益的工作方式称为Geiger方式，它特别适用于对单个光子的检测，只要暗计数率足够低。 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，其中串联噪声为霰弹噪声，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。

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(he
te
rostructure)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。 

H***Te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。 [编辑] 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。

结语

关于雪崩二极管的相关介绍就到这了，希望通过本文能让你对雪崩二极管有更深的了解，如有不足之处欢指正。

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