Die Lawinen-Fotodiode wurde 1952 vom japanischen Ingenieur "Jun-ichi Nishizawa" entworfen. Die Lawinenphotodiode ist ein sehr empfindlicher Halbleiterdetektor, der den photoelektrischen Effekt nutzt, um Licht in Elektrizität umzuwandeln.
In faseroptischen Kommunikationssystemen wird eine einzelne Komponente wie eine Lawinenphotodiode verwendet, um Licht in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Während des Lawinenprozesses entstehen durch Kollisionen Ladungsträger. Die lichtteilchenartigen Photonen erzeugen viele Elektronen, die wiederum einen elektrischen Strom erzeugen.
Was ist eine Lawinen-Fotodiode?
Eine Diode, die die Avalanche-Methode verwendet, um im Vergleich zu anderen Dioden zusätzliche Leistung zu bieten, wird als Avalanche-Photodiode bezeichnet.
Avalanche-Photodioden wandeln ein optisches Signal in ein elektrisches Signal um und können mit hohen Reverse-Bias-Spannungen arbeiten. Das Symbol für eine Lawinenphotodiode ähnelt dem einer Zenerdiode.
Avalanche Photodioden-Struktur
Die Struktur einer PIN-Photodiode und einer Lawinenphotodiode ist ähnlich und besteht aus zwei stark dotierten Regionen und zwei leicht dotierten Regionen, die stark dotierten Regionen sind P + und N +, während die leicht dotierten Regionen I und P sind.
Im intrinsischen Bereich ist die Erschöpfungsschichtbreite der Lawinenphotodiode im Vergleich zur PIN-Photodiode eher dünn. Hier verhält sich die p+-Region wie eine Anode, während die n+-Region wie eine Kathode wirkt.
Im Vergleich zu anderen Photodioden arbeiten Lawinenphotodioden unter hohen Reverse-Bias-Bedingungen. Daher wird die Lawine mit den Ladungsträgern multipliziert, die durch Lichtimpingement oder Photonen gebildet werden. Die Lawinenwirkung erhöht die Verstärkung der Fotodiode um den Faktor mehrere, um einen hohen Empfindlichkeitsbereich zu gewährleisten.
Betriebskriterien
Lawinenzusammenbruch tritt hauptsächlich auf, wenn die Photodiode einer maximalen Rückwärtsspannung ausgesetzt wird, die das elektrische Feld über die Erschöpfungsschicht hinaus verstärkt. Wenn das einfallende Licht in den p+-Bereich eindringt, wird es im sehr resistiven p-Bereich absorbiert und erzeugt dann Elektron-Loch-Paare.
Solange ein hohes elektrisches Feld vorhanden ist, driften die Ladungsträger einschließlich ihrer Sättigungsgeschwindigkeit in den pn+-Bereich. Wenn die Geschwindigkeit am höchsten ist, kollidieren die Träger durch andere Atome und erzeugen neue Elektron-Loch-Paare, und die riesigen Ladungsträgerpaare führen zu hohen Photoströmungen.
Lawinen-Photodiodenbetrieb
Lawinen-Fotodiodenbetrieb kann komplett in de durchgeführt werdenPletion-Modus. Neben dem linearen Lawinenmodus können sie aber auch im Geigermodus arbeiten. In dieser Betriebsart kann die Fotodiode mit der oben genannten Durchbruchspannung arbeiten. Ein weiterer Modus, der "Sub-Geiger-Modus", wird derzeit eingeführt.
Avalanche-Photodioden in der Glasfaserkommunikation
In OFC-Systemen (Optical Fiber Communication) werden Avalanche-Photodioden häufig zur Identifizierung schwacher Signale verwendet, aber die Schaltung muss ausreichend optimiert werden, um ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis (S / N) zu erreichen. Hier soll der SNR ein perfektes Signal-Rausch-Verhältnis erhalten und die Quanteneffizienz sollte hoch sein, da dieser Wert fast das Maximum ist, so dass der größte Teil des Signals wahrgenommen wird.
Eigenschaften der Avalanche-Photodiode
Avalanche-Photodioden sind hochempfindliche, hochgeschwindigkeitsbasierte Dioden, die arbeiten, indem sie eine Umgekehrtspannung an die interne Verstärkungsmethode anlegen. Diese Dioden messen Low-Range-Licht im Vergleich zu PIN-Photodioden und werden daher in Anwendungen mit hoher Empfindlichkeit eingesetzt, wie z. B. optische Abstandsmessung und optische Kommunikation mit großer Reichweite.
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