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雪崩光电二极管噪声特性研讨 浅谈二极管雪崩效应

本站为您提供的雪崩光电二极管噪声特性研究 浅谈二极管雪崩效应,半导体中的雪崩效应是引起pn结击穿的一种机制。加反向偏压的PN结,其空间电荷区内有很强的电场。

本文主要是关于雪崩光电二极管的相关介绍,并侧重论述了雪崩光电二极管的噪声特性研讨。

雪崩光电二极管APD

光研科学强力引入新品——雪崩光电二极管APD。现有IAE、SAE和SAR系列。这几个系列的产品有着极高的呼应度和极短的上升和下降时间。如此高功能的APD能够很好地使用在荧光勘探、激光雷达体系、光纤数据传输和条形码扫描器等方面。其超卓的低噪音功能使其能够很好地使用在低光强度下对中或较高频率光的勘探。

IAE系列 铟砷化镓雪崩光电二极管

雪崩光电二极管噪声特性研讨 浅谈二极管雪崩效应

描绘

IAE系列雪崩光电二极管是铟砷化镓雪崩光电二极管最大商业化的使用,在1000到1650nm的波长规模内,它有着极高的呼应度和极短的上升和下降时间。在1550nm处的峰值呼应度能够理想地使用到对人眼安全的测距,自由空间的光学通讯,光时域反射仪和高分辨率的光学相干X线断层摄影术上。芯片被封装在一个改进的TO46包装内或安顿在一个陶瓷的底座上。

特性

● 80或200μm有用规模

● 大于500MHz的特有带宽

● 从1000到1650nm

● 低暗电流和噪声

● 改进的TO46包装或陶瓷底座

使用

● 测距

● 光学通讯体系

硅雪崩光电二极管(近红外增强型)

描绘

SAE230NS系列和SAE50NS系列外延雪崩光电二极管是雪崩光电二极管中用处适当遍及的,在550到1050nm的规模内,它们有着极高的呼应度和极短的上升和下降时间。用于测距时,在900nm的波长下能够得到最佳的呼应度。芯片被封装在一个改进过的TO46包装内,并带有集成的905nm滤波器可供挑选。

特性

● 极高的量子功率

● 低噪音,高速

● 倍增增益,用于M>100时

● 230μm和500μm直径有用规模

● 渐进的倍增曲线图表

●极宽的工作温度规模

使用

● 测距

● 光学通讯体系

硅雪崩光电二极管(红光增强型)

雪崩光电二极管噪声特性研讨

1PD热噪声

光电二极管PD有必要外接负载电阻或运放等设备才干检测出光电流,这些设备中,电子也在运动。这种运动只需温度不是绝对零度,就会在热效果下发作不规则改变。这样,作为电子全体运动的均匀,观察到的电流是不规则改变的,这种不规则改变发作的噪声称为热噪声。假如疏忽APD内部电阻的影响,只考虑外围电路的负载RL(等效负载),则热噪声电流+ij-APD能够核算如下:

式中:K为波尔茨曼常数;T为绝对温度;B为噪声带宽

2PD散粒噪声

由于载流子的随机运动而导致电流的动摇构成了散粒噪+声。散粒噪声和热噪声的原因都是源于电子和空穴的不规则运动,不管何种光电二极管都会发作,并且,并不限于光电二极管,与光毫无关系的一切半导体设备都会发作,它们是难以消除和减小的噪声。关于+PIN型PD,散粒噪声包括原因于光生电流的散粒噪声和原因于暗电流的散离噪声两部分。

式中:iRD为由并联电阻;RD近似为热噪声电流;iSD为由+暗电流引起的散粒噪声电流;iSP表明由光电流引起的散粒噪声电流。关于APD来讲,由于设置了倍增组织,所以总的散粒噪声电流由倍增的散粒电流和没有倍增的散粒电流两部分组成。

3APD的过剩噪声

电子、空穴和原子一旦发作冲突就会发作新的电子和空穴,致使电流不规则改变然后构成噪声,这种噪声称为过剩噪声。过剩噪声与资料有关,Si资料的过剩噪声远小于Ge资料的过剩噪声,因而APD的噪声要大于PIN型PD的噪声%5B2%5D。假如将APD的过剩噪声也归入到散粒噪声之中,则APD+的散粒噪声In核算如下:

式中:q我电子的电荷量;IP为M%3D1时的光生电流;Idg+为基板内部发作的电流;B为带宽;M为倍增率;F为过剩噪声系数;Ids为外表的漏电流。

电子的离子化率(α)和空穴的离子化率(β)之比称为离子化率比%5Bk%3Dα%2Fβ%5D过剩噪声系数F能够用k和M表明。

公式(4)表明电子注入雪崩层的过剩噪声系数,若是空+穴注入雪崩层的过剩噪声系数,需求置换为1%2Fk的方法。

APD的噪声是伴跟着倍增发作的,若倍增率添加则过剩噪声添加,总的噪声也随之增大%5B3%5D。信号也跟着倍增率的添加而增大,这样就存在一个使信噪比+S%2FN最大的倍增率。APD的S%2FN核算如下:

式中:K、T和RL别离表明波尔茨曼常数、绝对温度和负+载电阻。求最大值并疏忽Ids,求出的最大倍增率+Opt+M核算如下。

结束语

关于PIN+PD,若期望下降热噪声就需求加大负载电阻,这样就会导致呼应速度变慢。为此,热噪声难以变小,导致了在许多情况下,最低接纳电平遭到热噪声限制。而关于APD,在散粒噪声到达平等程度的热噪声之前,能够在不添加总的噪声的条件下,成倍地增大信号。这样就能够在保证呼应速度的前提下,改进信噪比。

浅谈二极管雪崩效应

在强电场下,半导体中的载流子会被电场加热(见半导体中的热载流子),部分载流子能够获得满足高的能量,这些载流子有或许经过磕碰把能量传递给价带上的电子,使之发作电离,然后发作电子-空穴对,这种进程称为磕碰电离。所发作的电子空穴对,在电场中向相反方向运动,又被电场加热并发作新的电子空穴对。依此方法能够使载流子很多增殖,这种现象称为雪崩倍增效应。

雪崩光电二极管噪声特性研讨 浅谈二极管雪崩效应

上图图给出了室温下由试验丈量得到的几种半导体中电子电离率和空穴电离率随电场强度的改变。电离率一般可用下列经历公式表明

α=A,

式中为电场强度和为常数。

半导体中的雪崩效应是引起pn结击穿的一种机制。加反向偏压的PN结,其空间电荷区内有很强的电场。在反向偏压满足高,空间电荷区内电场满足强时,热生载流子在经过强电场区时会发作雪崩倍增效应。所以反向电流会随反向电压敏捷添加,这种现象称为雪崩击穿。关于硅、锗的PN结,当击穿电压大于6/时(是禁带宽度,是电子电荷),击穿由雪崩效应引起,而当击穿电压小于4/时,击穿由另一种效应,即地道效应所引起。

在雪崩机制中,电流的倍增不只决定于电离率的巨细(或与之相联系的电场强度),并且决定于能有用发作磕碰电离的空间电荷区的宽度。雪崩击穿电压一般随温度的上升而添加。

当PN结发作雪崩击穿时,一般伴跟着发光现象,所发射光子的能量能够显著地超越禁带能量。

假如在金属-绝缘体-半导体体系的栅上施加高的脉冲电压(例如对由P型半导体所构成的MIS结构施加正栅压)也会在半导体外表发作雪崩效应。这时半导体外表层呈深耗尽状况。在外表电场满足高时,在耗尽层中活动的热生载流子会发作雪崩倍增效应。

关于包括PN结的半导体器材,一般说来,雪崩倍增效应是个限制性要素。但也能够使用此效应来制造某些器材,如磕碰雪崩渡越二极管及雪崩注入MOS非易失性存储元件。

结语

关于雪崩光电二极管的噪声研讨就介绍到这了,如有不足之处欢迎纠正。

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