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(guan) 於(yu) 雪崩光電二極管的相關(guan) 介紹，並就其特點，探討了雪崩光電二極管的靈敏度問題。

雪崩光電二極管

APD應用於(yu) 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(you) 點

與(yu) 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(you) 點，因而更適於(yu) 實際應用；與(yu) 一般的半導體(ti) 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(you) 點，特別當係統帶寬比較大時，能使係統的探測性能獲得大的改善。

當一個(ge) 半導體(ti) 二極管加上足夠高的反向偏壓時，在耗盡層內(nei) 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(men) 最初在研究半導體(ti) 二極管的反向擊穿機構時發現了這種現象。當載流子的雪崩增益非常高時，二極管進入雪崩擊穿狀態；在此以前，隻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(hui) 具有某個(ge) 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(cong) 而使半導體(ti) 光電二極管具有內(nei) 部的光電流增益。1953年，K.G.麥克凱和K.B.麥卡菲報道鍺和矽的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(ti) 擊穿電壓,n是一個(ge) 與(yu) 材料性質及注入載流子的類型有關(guan) 的指數。當外加偏壓非常接近於(yu) 體(ti) 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域的提前擊穿都會(hui) 使二極管的使用受到限製，因而隻有當一個(ge) 實際的器件在整個(ge) PN結麵上是高度均勻時，才能獲得高的有用的平均光電流增益。因此，從(cong) 工作狀態來說，雪崩光電二極管實際上是工作於(yu) 接近（但沒有達到）雪崩擊穿狀態的、高度均勻的半導體(ti) 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”的限製。在高雪崩增益情況下，這種限製可能成為(wei) 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(yu) 其他影響光電二極管響應速度的因素相比，這種限製往往不起主要作用，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(yu) 一般的半導體(ti) 光電二極管一樣，雪崩光電二極管的光譜靈敏範圍主要取決(jue) 於(yu) 半導體(ti) 材料的禁帶寬度。製備雪崩光電二極管的材料有矽、鍺、砷化镓和磷化銦等Ⅲ-Ⅴ族化合物及其三元、四元固熔體(ti) 。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(ti) 肖特基勢壘型和金屬-氧化物-半導體(ti) 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(ti) 器件，與(yu) 光敏電阻器相比具有靈敏度高、高頻性能好，可靠性好、體(ti) 積小、使用方便等優(you) 點。 光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與(yu) 半導體(ti) 二極管在結構上是類似的，其管芯是一個(ge) 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等係列。 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，吸收光能並轉變為(wei) 電能。它具有兩(liang) 種工作狀態：

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。

光敏二極管上不加電壓，利用P-N結在受光照時產(chan) 生正向電壓的原理，把它用作微型光電池。這種工作狀態，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(jia) 格便宜。

光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，隻是它的集電極電流不隻是受基極電路和電流控製，同時也受光輻射的控製。 通常基極不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用於(yu) 溫度補償(chang) 和附加控製等作用。當具有光敏特性的PN 結受到光輻射時，形成光電流，由此產(chan) 生的光生電流由基極進入發射極，從(cong) 而在集電極回路中得到一個(ge) 放大了相當於(yu) β倍的電流。不同材料製成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與(yu) 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(liang) 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，T2飽和導通，IC觸發端3腳得不到正觸發脈衝(chong) 而不工作，揚聲器無聲。當T1被物體(ti) 遮擋時，便產(chan) 生一負脈衝(chong) 電壓，並通過C1耦合到T2的基極，導致T2進入截止狀態，IC獲得一正觸發脈衝(chong) 而工作，輸出音頻通過T3放大，推動揚聲器發出聲響

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(nei) 部的增益機構。APD的增益可以由反向偏置電壓的幅度來控製。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於(yu) 鏈式反應。APD應用於(yu) 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(wei) 10-4到10-2A，而其暗電流則可低達10-12到10-13A的範圍。最大反向偏置電壓隨APD的材料而變化，銦砷化镓（InGaAs）材料的器件可達100V，矽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範圍內(nei) 測量電流並且能輸出掃描電壓的儀(yi) 器。由於(yu) 這種要求，吉時利6487型皮安計電壓源或者6430型亞(ya) 飛安（Sub-Femtoamp）源-表等儀(yi) 器對於(yu) 這類測量工作是非常理想的。 　　圖4-19 所示為(wei) 6430型亞(ya) 飛安源-表連接到一個(ge) 光電二極管上。該光電二極管安放在一個(ge) 電屏蔽的暗箱中。為(wei) 了對敏感的電流測量進行屏蔽，使其不受靜電幹擾的影響，將此暗箱與(yu) 6430型亞(ya) 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镓（InGaAs）材料APD的電流與(yu) 反向掃描電壓的關(guan) 係曲線，注意其電流測量的範圍很寬。隨著光的增強，雪崩區域變得更加明顯。擊穿電壓將引起電流自由流動，因為(wei) 這時會(hui) 形成電子空穴對，而不再需要光照射二極管來產(chan) 生電流。

結語

關(guan) 於(yu) 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。