Siyifikasyon PIN (Post-Entrinsik-Negatif) se ke yon kouch materyèl semi-conducteurs ak yon konsantrasyon dopan ki ba anpil (tankou Si) antre ant P-tip ak N-tip materyèl semi-conducteurs. Kouch sa a endike kòm I (Entrinsèk) epi yo rele rejyon an intrinsèques. Estrikti a nan yonPIN fotodyod(PIN-PD) yo montre nan figi gòch la. Nan figi a, apre limyè ensidan an antre nan rejyon P *, li absòbe pa sèlman nan rejyon an appauvrissement, men tou deyò rejyon an appauvrissement. Absòpsyon sa yo fòme eleman difizyon nan fotokouran an. Pou egzanp, elektwon nan rejyon an P* premye difize nan fwontyè a gòch nan rejyon an deplèksyon ak Lè sa a, pase nan rejyon an appauvrissement yo rive nan rejyon an N*. Menm jan an tou, twou nan rejyon N 'difize nan fwontyè dwat la nan rejyon an appauvrissement anvan yo pase nan rejyon an appauvrissement pou rive nan rejyon an P*. Yo rele fotokouran an nan rejyon rediksyon an konpozan drift, ak tan pwopagasyon li yo sitou depann sou lajè rejyon rediksyon an. Li evidan, tan an pwopagasyon nan eleman aktyèl la difizyon pi long pase sa yo ki nan eleman aktyèl la drift. Kòm yon rezilta, kwen an fin nan pwodiksyon aktyèl batman fotodetektè a alonje, ak reta tan ki kapab lakòz pral afekte vitès repons nan fotodetektè a.
Si rejyon appauvrissement la etwat, pifò foton yo pral rive nan rejyon N+ la anvan yo te absòbe rejyon appauvrissement. Nan rejyon sa a, jaden elektrik la trè fèb epi li pa ka separe elektwon ak twou, sa ki lakòz yon efikasite pwopòsyon relativman ba.
Yon pi etwat lajè rejyon depwazisyon *w* lakòz yon pi gwo kapasite junction ak yon pi gwo konstan tan RC, ki se prejidis nan gwo -transmisyon done.
Lè ou konsidere tan drift ak efè kapasite junction, Pleasant a nan yon fotodyod ka eksprime kòm:
Nan fòmil la, R1se rezistans chaj la.
Analiz ki pi wo a montre ke ogmante lajè nan rejyon an deplesyon esansyèl.
Jan yo montre nan figi anlè a, lajè rejyon I-pi gwo anpil pase rejyon P+ ak N+. Se poutèt sa, plis foton yo absòbe nan rejyon I-, ogmante efikasite pwopòsyon pandan w ap kenbe yon ti kouran difizyon. Yo ka mete vòltaj ranvèse fotodyode PIN la nan yon valè ki pi piti paske epesè rejyon depwisans li esansyèlman detèmine pa lajè rejyon I-.
Natirèlman, yon I-rejyon ki pi laj pa toujou pi bon. Yon lajè pi gwo (w) rezilta nan yon tan drift pi long pou transpòtè nan rejyon an rediksyon, konsa limite Pleasant la. Se poutèt sa, yon konsiderasyon konplè nesesè. Depi diferan materyèl semi-conducteurs gen diferan koyefisyan absòpsyon pou diferan longèdonn limyè, lajè rejyon intrinsèque a (I-rejyon) varye. Pa egzanp, lajè I-rejyon yon fotodyod Si PIN se apeprè 40 mm, pandan ke yon fotodyod InGaAs PIN se apeprè 4 mm. Sa a detèmine diferan bandwidth ak longèdonn ranje fotodetektè ki fèt ak de materyèl sa yo diferan: fotodyod Si PIN yo itilize nan gwoup 850 nm, pandan y ap fotodyod InGaAs PIN yo itilize nan gwoup 1310 nm ak 1550 nm.
(APD)Fotodyod lavalas
Yon APD (Lavalas Photodiode) se yon fotodetektè trè sansib ki itilize efè lavalas pou miltipliye fotokouran an. Prensip efè lavalas la se jan sa a: Yon limyè siyal ensidan jenere premye pè elèktron-twou nan APD a. Akòz gwo vòltaj la patipri ranvèse aplike nan APD a, pè elèktron -twou sa yo akselere anba enfliyans nan jaden elektrik la, pran enèji sinetik enpòtan. Lè yo fè kolizyon ak atòm net, elektwon ki nan gwoup valans atòm net yo pran enèji epi yo sote nan gwoup kondiksyon an, konsa jenere nouvo pè twou elèktron, yo rele pè twou elèktron segondè. Pòtè segondè sa yo ka fè kolizyon tou ak lòt atòm net anba yon gwo jaden elektrik, ki jenere nouvo pè elèktron-twou, kidonk pwovoke pwosesis lavalas ki pwodui nouvo pòtè yo. Nan lòt mo, yon foton finalman jenere anpil transpòtè, anplifye siyal optik la nan APD la. Estriktirèl, diferans ki genyen ant yon APD ak yon fotodyod PIN manti nan adisyon a nan yon kouch P adisyonèl. Yo montre estrikti yon APD nan Figi 3-18. Lè ranvèse patipri, yon gwo jaden elektrik egziste nan junction PN an sandwich ant kouch I ak kouch N * la. Yon fwa limyè siyal ensidan an antre nan rejyon I a soti nan rejyon P* gòch la, li absòbe nan rejyon I pou jenere pè elèktron-twou. Elektwon yo nan rejyon mwen an byen vit flote nan rejyon an junction PN, ak gwo jaden elektrik nan junction PN a lakòz elektwon yo pwodwi yon efè lavalas.
Estriktirèl, diferans ki genyen ant yon APD ak yon fotodyod PIN manti nan adisyon a nan yon kouch siplemantè, P. Yo montre estrikti nan yon APD nan figi dwat la. Anba patipri ranvèse, yon gwo jaden elektrik egziste nan junction PN an sandwich ant kouch I ak N + yo. Yon fwa limyè siyal ensidan an antre nan rejyon I a soti nan rejyon P+ gòch la, li absòbe nan rejyon I an, jenere pè elèktron-twou. Elektwon yo rapidman flote nan rejyon an junction PN, ak gwo jaden elektrik nan junction PN a lakòz yon efè lavalas.
Konpare ak fotodyod PIN, fotokouran an anplifye anndan pa APD a, kidonk evite bri prezante pa sikwi ekstèn. Soti nan yon pèspektiv mwayèn estatistik, sipoze yon foton jenere M transpòtè, sa a egal a rapò pwodiksyon fotokouran I apre APD lavalas ak fotokouran inisyal I anvan miltiplikasyon.
Nan fòmil la, yo rele M faktè miltiplikasyon an.
Faktè miltiplikasyon an gen rapò ak pousantaj iyonizasyon transpòtè chaj yo, ki refere a kantite mwayèn pè elèktron -twou ki te pwodwi pou chak distans inite derive. Pousantaj iyonizasyon elèktron ak pousantaj ionizasyon twou yo diferan, ki endike pa ₀ ak ₂, respektivman. Yo gen rapò ak faktè tankou vòltaj patipri ranvèse, lajè rejyon rediksyon, ak konsantrasyon dopan, epi yo deziye kòm ₀.
Nan fòmil la, k se koyefisyan ionizasyon, ki se yon mezi pèfòmans yon fotodetektè.
Efè to ionizasyon sou M ka bay fòmil sa a:
Lè=0, elektwon sèlman patisipe nan pwosesis lavalas la, M=e^(-ω), ak pwogrè a ogmante eksponansyèlman ak ω. Lè ω=1 ak -1, dapre ekwasyon (3-26), M → ∞, epi dekonpozisyon lavalas rive. Tipikman, valè M varye ant 10 ak 500. Pann lavalas nan yon APD rive paske vòltaj patipri ranvèse aplike a twò gwo. Lè nou konsidere relasyon sere ant M ak vòltaj patipri ranvèse a, yo souvan itilize yon fòmil anpirik pou dekri relasyon yo, sa vle di:
Nan fòmil la, n se yon endèks karakteristik ki depann de tanperati-, n=2.5~7; Un se vòltaj pann lavalas, ki varye ant 70 ak 200V pou diferan materyèl semi-conducteurs; U se vòltaj la patipri ranvèse, ki jeneralman pran kòm 80% a 90% nan UgR. Lè w ap itilize yon APD, li esansyèl pou asire ke vòltaj fonksyònman an kenbe anba vòltaj pann lavalas pou evite domaje aparèy la.
