本文主要是關(guān)于雪崩二極管的相關(guān)介紹，闡述了影響雪崩二極管響應(yīng)速度之分析，并詳解了雪崩二極管的相關(guān)應(yīng)用。
雪崩二極管
雪崩二極管是具有內(nèi)部光電流增益的半導(dǎo)體光電子器件，又稱固態(tài)光電倍增管。它應(yīng)用光生載流子在二極管耗盡層內(nèi)的碰撞電離效應(yīng)而獲得光電流的雪崩倍增。這種器件具有小型、靈敏、快速等優(yōu)點(diǎn)，適用于以微弱光信號的探測和接收，在光纖通信、激光測距和其他光電轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理等系統(tǒng)中應(yīng)用較廣。
優(yōu)點(diǎn)
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(diǎn)，因而更適于實(shí)際應(yīng)用；與一般的半導(dǎo)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(diǎn)，特別當(dāng)系統(tǒng)帶寬比較大時，能使系統(tǒng)的探測性能獲得大的改善。
影響雪崩二極管響應(yīng)速度的原因有哪些
在材料摻雜濃度較低的PN結(jié)中，當(dāng)PN結(jié)反向電壓增加時，空間電荷區(qū)中的電場隨著增強(qiáng)。這樣，通過空間電荷區(qū)的電子和空穴，就會在電場作用下獲得的能量增大，在晶體中運(yùn)動的電子和空穴將不斷地與晶體原子又發(fā)生碰撞，當(dāng)電子和空穴的能量足夠大時，通過這樣的碰撞的可使共價鍵中的電子激發(fā)形成自由電子–空穴對。新產(chǎn)生的電子和空穴也向相反的方向運(yùn)動，重新獲得能量，又可通過碰撞，再產(chǎn)生電子–空穴對，這就是載流子的倍增效應(yīng)。當(dāng)反向電壓增大到某一數(shù)值后，載流子的倍增情況就像在陡峻的積雪山坡上發(fā)生雪崩一樣，載流子增加得多而快，這樣，反向電流劇增， PN結(jié)就發(fā)生雪崩擊穿。利用該特點(diǎn)可制作高反壓二極管。下圖是雪崩擊穿的示意圖.
雪崩二極管是一種負(fù)阻器件，特點(diǎn)是輸出功率大，但噪聲也很大。主要噪聲來自于雪崩噪聲，是由于雪崩倍增過程中產(chǎn)生電子和空穴和無規(guī)則性所引起的，其性質(zhì)和散彈噪聲類似。雪崩噪聲是雪崩二極管振蕩器的噪聲遠(yuǎn)高于其它振蕩器的主要原因。
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(yīng)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(yīng)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(yīng)速度?，F(xiàn)代雪崩光電二極管增益-帶寬積已達(dá)幾百吉赫。與一般的半導(dǎo)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(dǎo)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(jù)形成耗盡層方法的不同，雪崩光電二極管有PN結(jié)型（同質(zhì)的或異質(zhì)結(jié)構(gòu)的PN結(jié)。其中又有一般的PN結(jié)、PIN結(jié)及諸如 N+PπP+結(jié)等特殊的結(jié)構(gòu)）、金屬半導(dǎo)體肖特基勢壘型和金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)等。
詳解雪崩二極管應(yīng)用
每個模塊包括一個光電探測器（快速光電二極管或雪崩光電二極管）和一個互阻抗放大器。同一封裝中兼?zhèn)浞糯笃骱凸馓綔y器，使其環(huán)境噪聲更低，寄生電容更小。
C30659 系列模塊包括一個連接到低噪聲互阻抗放大器的APD。有4種型號使用硅晶體雪崩光電二極管和2 種型號銦鎵砷雪崩光電二極管可選擇。50 兆赫和200 兆赫的標(biāo)準(zhǔn)頻帶寬度可以適應(yīng)大范圍應(yīng)用。另有兩種C30659 型號的雪崩光電二極管配置熱電制冷（LLAM 系列），幫助改善噪音或保持雪崩光電二極管在任何環(huán)境溫度下恒溫工作，C30659 型號可以根據(jù)特殊應(yīng)用需要，選擇一種定制頻帶寬度或適合特殊環(huán)境要求的定制產(chǎn)品。另有一種帶尾纖封裝14 插腳雙列直插式插件，可以達(dá)到幾乎100 %耦合效率。C30950EH是可以替代C30659 的低成本型產(chǎn)品。放大器用來抵消電壓增益放大器的輸入電容。C30919E 與C30950EH 使用相同設(shè)計結(jié)構(gòu)，多了一個高壓溫度補(bǔ)償電路以保持模塊在寬溫度范圍內(nèi)的響應(yīng)性常數(shù)。另兩種HUV 模塊可用于低頻高增益應(yīng)用，它涵蓋了從紫外線到接近紅外線的廣譜范圍。
應(yīng)用范圍大概介紹
· 激光測距儀
· 共焦顯微鏡檢查
· 視頻掃描成像儀
· 高速分析儀器
· 自由空間通信
· 紫外線傳感
· 分布式溫度傳感器
特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)
· 超低噪聲
· 高速
· 高互阻抗增益
常用型號：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
擊穿分兩類：電性擊穿和熱擊穿，電性擊穿又分成隧道擊穿和雪崩擊穿。通常來說擊穿電壓超過6V為雪崩擊穿，小于4V為隧道擊穿，4V~6V兩種都有。隧道擊穿又稱齊納擊穿。兩者在電壓允許范圍內(nèi)是可逆擊穿，但超過一定程度時就會轉(zhuǎn)換成熱擊穿，引起二極管的永久失效。
整流管的工藝一般都是N+NP+的臺面工藝，不管是OJ還是GPP，其PN結(jié)是一個臺面，降低漏電流，至于400V的普通管和雪崩管工藝異同處，我認(rèn)為lz二極管分類混淆了，400V的普通管應(yīng)該就是雪崩管
雪崩光電二極管(APD)(又稱累崩光電二極管或崩潰光二極體)是一種半導(dǎo)體光檢測器，其原理類似于光電倍增管。在加上一個較高的反向偏置電壓后（在硅材料中一般為100-200 V），利用電離碰撞（雪崩擊穿）效應(yīng)，可在APD中獲得一個大約100的內(nèi)部電流增益。某些硅APD采用了不同于傳統(tǒng)APD的摻雜等技術(shù)，允許加上更高的電壓(>1500 V)而不致?lián)舸瑥亩色@得更大的增益(>1000)。一般來說，反向電壓越高，增益就越大。APD倍增因子M的計算公式很多，一個常用的公式為?
?其中L是電子的空間電荷區(qū)的長度，而是電子和空穴的倍增系數(shù)，該系數(shù)取決于場強(qiáng)、溫度、摻雜濃度等因素。由于APD的增益與反向偏置和溫度的關(guān)系很大，因此有必要對反向偏置電壓進(jìn)行控制，以保持增益的穩(wěn)定。雪崩光電二極管的靈敏度高于其它半導(dǎo)體光電二極管。為獲得更高的增益（105–106），某些APD可以工作在反向電壓超出擊穿電壓的區(qū)域。此時，必須對APD的信號電流加以限制并迅速將其清為零，為此可采用各種主動或被動的電流清零技術(shù)。這種高增益的工作方式稱為Geiger方式，它特別適用于對單個光子的檢測，只要暗計數(shù)率足夠低。 APD主要用于激光測距機(jī)和長距離光纖通信，此外也開始被用于正電子斷層攝影和粒子物理等領(lǐng)域 [1]。APD陣列也已被商業(yè)化。 APD的用途取決于許多性能指標(biāo)。主要的幾個性能指標(biāo)為量子效率（表示APD吸收入射光子并產(chǎn)生原始載流子的效率）和總漏電流（為暗電流、光電流與噪聲之和）。暗電噪聲包括串聯(lián)和并聯(lián)噪聲，其中串聯(lián)噪聲為霰彈噪聲，它大致正比于APD的電容，而并聯(lián)噪聲則與APD的體暗電流和表面暗電流的波動有關(guān)。此外，還存在用噪聲系數(shù)F表示的超額噪聲，它是隨機(jī)的APD倍增過程中所固有的統(tǒng)計噪聲。
論上，在倍增區(qū)中可采用任何半導(dǎo)體材料：?
硅材料適用于對可見光和近紅外線的檢測，且具有較低的倍增噪聲（超額噪聲）。?
鍺(Ge)材料可檢測波長不超過1.7μm的紅外線，但倍增噪聲較大。?
InGaAs材料可檢測波長超過1.6μm的紅外線，且倍增噪聲低于鍺材料。它一般用作異構(gòu)(heterostructure)二極管的倍增區(qū)。該材料適用于高速光纖通信，商用產(chǎn)品的速度已達(dá)到10Gbit/s或更高。?
氮化鎵二極管可用于紫外線的檢測。?
H***Te二極管可檢測紅外線，波長最高可達(dá)14μm，但需要冷卻以降低暗電流。使用該二極管可獲得非常低的超額噪聲。?[編輯]?超額噪聲?如前所述，超額噪聲是由倍增過程產(chǎn)生的噪聲，它與倍增過程的增益M有關(guān)，記作F(M)，一般可用下式計算：?
?其中為空穴與電子的碰撞電離率之比，在電子倍增器件中定義為空穴碰撞電離率除以電子碰撞電離率的比值。一般希望兩個碰撞電離率的差別盡可能大，以減小F(M)，因?yàn)镕(M)是決定最高能量分辨率等性能指標(biāo)的主要因素之一。
結(jié)語
關(guān)于雪崩二極管的相關(guān)介紹就到這了，希望通過本文能讓你對雪崩二極管有更深的了解，如有不足之處歡指正。