本文主要是關(guān)于雪崩光電二極管的應(yīng)用介紹，淺談了它在電路中的作用，并詳細(xì)介紹分析了雪崩二極管的工作曲線。

雪崩二極管

雪崩光電二極管 (semiconductor avalanche photodiode )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(hào)的探測(cè)和接收，在光纖通信、激光測(cè)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。

　　PN結(jié)有單向?qū)щ娦?，正向電阻小，反向電阻很大?/p>

　　當(dāng)反向電壓增大到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然增加。就是反向電擊穿。它分雪崩擊穿和齊納擊穿（隧道擊穿）。

　　雪崩擊穿是PN結(jié)反向電壓增大到一數(shù)值時(shí)，載流子倍增就像雪崩一樣，增加得多而快。

　　利用這個(gè)特性制作的二極管就是雪崩二極管

　　雪崩擊穿是在電場(chǎng)作用下，載流子能量增大，不斷與晶體原子相碰，使共價(jià)鍵中的電子激發(fā)形成自由電子-空穴對(duì)。新產(chǎn)生的載流子又通過(guò)碰撞產(chǎn)生自由電子-空穴對(duì)，這就是倍增效應(yīng)。1生2，2生4，像雪崩一樣增加載流子。

　　齊納擊穿完全不同，在高的反向電壓下，PN結(jié)中存在強(qiáng)電場(chǎng)，它能夠直接破壞共價(jià)鍵將束縛電子分離來(lái)形成電子-空穴對(duì)，形成大的反向電流。齊納擊穿需要的電場(chǎng)強(qiáng)度很大！只有在雜質(zhì)濃度特別大的PN結(jié)才做得到。（雜質(zhì)大電荷密度就大）

　　一般的二極管摻雜濃度沒(méi)這么高，它們的電擊穿都是雪崩擊穿。齊納擊穿大多出現(xiàn)在特殊的二極管中，就是穩(wěn)壓二極管

　　它是在外加電壓作用下可以產(chǎn)生高頻振蕩的晶體管。產(chǎn)生高頻振蕩的工作原理是：利用雪崩擊穿對(duì)晶體注入載流子，因載流子渡越晶片需要一定的時(shí)間，所以其電流滯后于電壓，出現(xiàn)延遲時(shí)間，若適當(dāng)?shù)乜刂贫稍綍r(shí)間，那么，在電流和電壓關(guān)系上就會(huì)出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)，從而產(chǎn)生高頻振蕩。它常被應(yīng)用于微波領(lǐng)域的振蕩電路中。

應(yīng)用特性

雪崩光電二極管電路圖

雪崩二極管的工作曲線分析

圖3給出暗電流特性，實(shí)線為模擬結(jié)果，“*”為其他文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖中可見(jiàn)二者符合較好。對(duì)于小的

偏壓，暗電流以擴(kuò)散電流和寄生漏電流為主，對(duì)大的偏壓，暗電流表現(xiàn)為隧穿電流)該器件的擊穿電壓為80.5 V。 

圖4給出脈沖響應(yīng)特性。輸入信號(hào)寬度為10ps峰值功率1mW的Gauss形脈沖，偏壓為50V，取樣電阻為5 0 SZ，光由P區(qū)人射。由圖可見(jiàn)，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較符合。這個(gè)器件本身的電容比較小，寄生電容對(duì)波形的影響比較大。圖中給出1sCpF?和1.5pF兩條模擬曲線，對(duì)應(yīng)的半峰全寬（FWHM）分別為150 ps和175 ps，其他文獻(xiàn)給出的結(jié)果為140ps.由以上比較結(jié)果可見(jiàn)，這里給出的PIN-APD電路模型能比較好的預(yù)測(cè)器件的性能.此外，這里還給出了對(duì)這個(gè)器件的其它模擬結(jié)果。見(jiàn)圖5--7.圖5給出對(duì)應(yīng)不同光功率的光電流曲線。在很大的偏壓范圍內(nèi)，曲線都比較平坦，只有在接近擊穿電壓時(shí)，光電流才隨偏壓的提高而增大，這主要是隧穿電流造成的。圖6給出1W?輸入光功率情況下的量子效率隨偏壓的變化關(guān)系。這里量子效率定義為光生電子一空穴對(duì)數(shù)與人射光子數(shù)之比。當(dāng)偏壓小于55 V時(shí)，量子效率基本保持為40%，隨偏壓升高，量子效率迅速增大，對(duì)應(yīng)80 V的量子效率為9.457%，圖7給出不同偏壓下的脈沖響應(yīng)，條件

同圖4。由圖可見(jiàn)，隨偏壓的增大，響應(yīng)幅度增大,FWHM增大，這是由于雪崩效應(yīng)造成的。當(dāng)偏壓接近擊穿電壓時(shí)，該器件已不能響應(yīng)這樣短的脈沖。