雪崩光电二极管(APD)-文档资料
雪崩光电二极管特点
雪崩光电二极管特点雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode，简称APD）是一种用于光电转换的器件，它具有一些独特的特点和优势。
本文将对雪崩光电二极管的特点进行详细解释，并在标题中心扩展下进行描述。
1. 雪崩放大效应：雪崩光电二极管通过雪崩放大效应来增强光电转换的效率。
当光子入射到APD中时，产生的电子被高电场加速，撞击到晶格中的原子，使其激发出更多的载流子。
这种级联的雪崩效应可以将光子能量转化为电流信号，并使其放大，从而提高光电转换的灵敏度。
2. 高增益：与传统的光电二极管相比，雪崩光电二极管具有更高的增益。
其内部的雪崩效应可以使电子数目成倍增加，从而大幅度提高输出信号的强度。
这使得雪崩光电二极管在弱光条件下具有更高的信噪比和探测灵敏度，可以探测到较弱的光信号。
3. 宽波长响应范围：雪崩光电二极管的波长响应范围较宽，可以覆盖可见光、红外光等多个波段。
这使得它在不同应用领域具有广泛的适用性。
例如，可以用于光通信、光谱分析、光电检测等领域。
4. 低噪声：雪崩光电二极管具有较低的噪声特性，这是因为它在雪崩放大过程中产生的噪声被级联放大后被抑制。
这使得它在高速光通信和高精度测量等应用中具有优势。
5. 高速响应：由于雪崩放大过程的快速响应特性，雪崩光电二极管具有较高的响应速度。
它可以快速转换光信号为电流信号，适用于高速光通信和高速数据传输等应用。
6. 低工作电压：相比于光电二极管，雪崩光电二极管的工作电压较低。
这使得它在功耗上具有优势，可以降低系统的能耗。
7. 较小尺寸：雪崩光电二极管具有较小的尺寸，重量轻，体积小。
这使得它在集成光学系统和微型设备中的应用更加方便。
雪崩光电二极管具有雪崩放大效应、高增益、宽波长响应范围、低噪声、高速响应、低工作电压和较小尺寸等特点。
这些特点使得它在光通信、光谱分析、光电检测等领域具有广泛的应用前景。
未来随着技术的进一步发展，相信雪崩光电二极管将在更多领域展现出其独特的优势和潜力。
雪崩光电二极管 APD
特性参数——APD
1、平均雪崩增益G
G
IM Ip
(1V
1 IRS
)m
式中;是雪崩增V益B 后输出电流
的平均值;是未倍增时的初始
光生电流；V是APD的反向偏
压;是二极管击穿电压;是APD
的串联电阻;m是由APD的材
料和结构决定的一般为2.5-
7&实际上雪崩过程是统计过
程;并不是每一个光子都经过
了同样的放大;所以G只是一
增益带宽 积
G*B
单位
Si
Ge
InGaAs
nm 400-1000 800-1650 1100-1700
-
20-400 50-200 10-40
nA
0.1-1 50-500 10-50
ns
0.1-2 0.5-0.8 0.1-0.5
GHz 100-400 2-10 20-250
PIN光电二极管和APD光电二极管 的比较
雪崩光电二极管 APD
目录
• 名词释义 • 工作原理 • 制造材料的选择 • 结构 • 特性参数 • PIN光电二极管和APD光电二极管的比较 • 应用
名词释义——APD
APD是激光通信中使用的光敏元件&在以硅或锗 为材料制成的光电二极管的P-N结上加上反向偏压后 ;射入的光被P-N结吸收后会形成光电流&加大反向偏 压会产生“雪崩”即光电流成倍地激增的现象;因此 这种二极管被称为“雪崩光电二极管”&
工作原理——APD
雪崩光电二极管是具有内增益的一种光伏器件&它利用光 生载流子在强电场内的定向运动产生雪崩效应;以获得光电流 的增益&在雪崩过程中;光生载流子在强电场的作用下高速定 向运动;具有很高动能的光生电子或空穴与晶格原子碰撞;使 晶格原子电离产生二次电子－空穴对；二次电子和空穴对在 电场的作用下获得足够的动能;又使晶格原子电离产生新的电 子－空穴对;此过程像“雪崩”似地继续下去&电离产生的载 流子数远大于光激发产生的光生载流子数;这时雪崩光电二极 管的输出电流迅速增加&高速运动的电子和晶格原子相碰撞; 使晶格原子电离;产生新的电子 - 空穴对&新产生的二次电子 再次和原子碰撞&如此多次碰撞;产生连锁反应;致使载流子雪 崩式倍增&所以这种器件就称为雪崩光电二极管APD&
雪崩光电二极管 参数
雪崩光电二极管参数摘要：I.雪崩光电二极管简介A.雪崩光电二极管的定义B.雪崩光电二极管的作用II.雪崩光电二极管的重要参数A.响应度B.量子效率C.灵敏度D.增益E.噪声III.雪崩光电二极管的应用领域A.激光通信B.光电探测C.单光子检测D.医学成像IV.雪崩光电二极管的发展趋势A.技术创新B.应用拓展C.市场前景正文：雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode，APD）是一种具有内部增益的光电二极管，能够将光信号转化为电信号。
其工作原理类似于光电倍增管，通过施加反向电压产生的内部电场，使得吸收光子激发的载流子（电子和空穴）在强电场作用下加速，进而产生二次载流子，从而实现光电流的放大。
雪崩光电二极管具有高增益、低噪声和高灵敏度的特点，广泛应用于激光通信、光电探测、单光子检测和医学成像等领域。
雪崩光电二极管的重要参数包括响应度、量子效率、灵敏度、增益和噪声。
响应度指的是光电二极管将光功率转换为电信号的能力；量子效率是指光电二极管将吸收的光子转化为电子的效率；灵敏度反映了光电二极管对光信号的检测能力；增益则是雪崩光电二极管内部载流子倍增的效应，使得光电流得以放大；噪声是影响光电探测系统性能的主要因素，包括量子噪声和放大器噪声。
随着科学技术的发展，雪崩光电二极管在技术创新和应用拓展方面取得了显著成果。
例如，采用新型材料和制作工艺，提高了雪崩光电二极管的响应度和灵敏度；利用雪崩光电二极管高增益、低噪声的特点，开发了单光子检测技术，实现了超灵敏度光电探测；在医学成像领域，雪崩光电二极管被应用于光声成像、荧光成像等高端医学成像技术，为疾病诊断提供了有力支持。
总之，雪崩光电二极管作为一种高性能的光电探测器件，在各个领域具有广泛的应用前景。
雪崩光电二极管反向偏压
雪崩光电二极管反向偏压1. 引言在光电子学领域，雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode, APD）是一种特殊的光电二极管，其反向偏压高于击穿电压，并能够产生雪崩效应。
雪崩光电二极管以其优异的增益特性和高灵敏度而备受关注。
本文将深入探讨雪崩光电二极管反向偏压的原理、特性以及其在光电子学中的应用。
2. 反向偏压的原理和特性反向偏压是指在电子器件的二极管中，将P型半导体端连接到正极，N型半导体端连接到负极，使P端处于相对高电压的状态。
与普通光电二极管相比，雪崩光电二极管在反向偏压下工作，并利用雪崩效应增强光电信号的强度。
2.1 雪崩效应雪崩效应是指当光子能量比半导体材料的带隙能量更大时，芯片表面电子获得能量后将产生高能电子，并在电场的作用下获得足够的能量，从而撞击与晶格原子相互作用，释放出更多的电子。
这种电子乘载效应将连锁反应，导致电子数目呈几何级数增长，从而实现了光电转换的放大。
2.2 雪崩放大增益相较于传统光电二极管，雪崩光电二极管因雪崩效应的存在，能够实现能量的放大。
当光电二极管的反向偏压高于击穿电压时，光电二极管会进入雪崩区域，在此区域内，高能电子被加速产生，雪崩放大现象出现，从而形成了高增益的光电信号。
3. 雪崩光电二极管的应用3.1 高速通信领域在高速通信领域，雪崩光电二极管被广泛应用于光电探测和光信号放大。
由于雪崩效应的存在，雪崩光电二极管能够提供较高的增益，从而提高了光信号的灵敏度。
它在光通信中的接收端装置中发挥着重要的作用。
3.2 成像与检测应用雪崩光电二极管由于其高增益特性，被广泛应用于低光水平下的成像和检测应用。
在弱光条件下，传统的光电二极管无法提供足够的灵敏度，而雪崩光电二极管能够通过增强和放大光信号，从而实现高品质的图像和信号检测。
4. 个人观点和理解作为一名写手，通过撰写这篇文章，我对雪崩光电二极管反向偏压的原理和特性有了更加深入的理解。
雪崩光电二极管在光电子学领域的广泛应用展示了其在科学研究和技术发展中的重要性和潜力。
雪崩光电二极管
雪崩光电二极管（APD）1. 简介雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode，简称APD）是一种特殊类型的光电二极管，通过利用光电效应将光能转化为电能。
与常规光电二极管相比，APD具有更高的增益和更低的噪声特性，使其在光通信、光电探测、光谱分析等领域中被广泛应用。
本文将介绍雪崩光电二极管的工作原理、特性以及应用领域等内容。
2. 工作原理APD的工作原理基于光电效应和雪崩效应。
光电效应：当光照射到APD的光敏区域时，光子激发了其中的电子，使其获得足够的能量越过禁带，成为自由电子。
这些自由电子在电场的作用下会向电极方向移动，产生电流。
雪崩效应：在雪崩区域，APD的结构被特别设计，使电子在电场的加速下能获得更高的能量，足够激发带负电量的离子。
这些离子再次被电场加速，撞击晶体结构，从而释放出更多的电子，形成一次雪崩放大效应。
这样，通过雪崩效应，每个光子都可以导致多个电子的释放，从而使APD具有较高的增益。
3. 特性APD具有以下几个主要特性：3.1 增益APD具有极高的增益特性，通常在100倍到1000倍以上。
这使得APD能够检测非常弱的光信号，并提供更高的信号到噪声比。
高增益也意味着APD可以克服光电二极管的缺点，如光元件的电子热噪声和放大噪声。
3.2 噪声APD的噪声水平相对较低，主要由雪崩噪声和暗电流噪声构成。
雪崩噪声是由于雪崩效应引起的电荷起伏。
暗电流噪声是与温度相关的内部电流，可以通过降低工作温度来减少。
3.3 响应速度APD的响应速度较高，可以达到几百兆赫兹的范围。
这使得APD适合于高速通信和高频率测量应用。
3.4 饱和功率APD具有饱和功率的概念，也称为最大接收功率。
这是指当光强度超过一定阈值时，APD的增益将不再增加，并导致其输出信号畸变。
因此，在设计APD应用时，需要注意光功率的控制，以避免饱和和信号畸变。
4. 应用领域APD在以下领域中得到了广泛应用：4.1 光通信APD可以提供高增益和低噪声的特性，使其成为光通信系统中常用的接收器元件。
雪崩光电二极管APD直流偏压源设计
１ 引言
雪崩光 电二极管 Ａ Ｄ（ ｖｌ ｃｅ Ｐ ｏ ｉ ｅ 是一 种能实 Ｐ Ａ ａ ｎ ｈ ｈｔ Ｄｏ ） ａ ｏ ｄ 现光电转 换且具有 内部增益 的高灵敏度器件 。在 以硅或锗为材 料制成的光 电二极管的 Ｐ Ｎ结上 加上反 向偏压后 ，射人 的光被 —
Ｐ Ｎ结吸收后会形成光 电流 。加大反 向偏压会产生“ — 雪崩” 即光 （ 电流成倍地激 增 ） 的现象 ， 因此 这种二极管被称 为“ 崩光 电二 雪 极管” 。目前 ， 雪崩光电二极管（ Ｐ 作为一种高灵敏 、 Ａ Ｄ） 能精确接
Ｒｅ ｉ ｎ ，Ｈｕ ｎ ｉｏ ｇ ｎ Ｌｆ ｇ ａ ａ ｇ Ｓｈｈ ｎ ，ＭｉＱｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｓ ａ ｔ ｌ ｒｓ ｎｓ ｖ ｒａｉｎ Ｃ Ｉｅ ｇ ａ ｈ ｔ ｓ ｏ ｔｅ ｅ ｅ ｔ ｏ ｏ ｉ ｍ ｈ ｏ ｄ ａｔ ｌｓ ｏ ｔｅ ｐ ｒｓｔ ｆ ｆ ａ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｉ ｒ ｃ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔ ｉ ａ ａｉｔ Ｈ Ｖ ｒ ｐ ｏ ｈ ｗ ｈ ｆ ｃｓ ｆ ｓ ｄｕ ｃ ｌ ｒ ｅ ｐ ｒｉ ｅ ｎ ｈ ｏ ｏ ｉ ｏ ｏ ｍ ａｕ ｏ ｉ ｃ ｙ ｌ－ ｍｉｉｍ ａ ｏ ．Ａ ｔ ｄ ｕｄ ｄ ｂ ｃ ａ ｉａ ｒｎ ｉ ｌｓ ｈ ｓ ｂ ｅ ｄ ｂ ｕ ｈ ａ ｉ ｔ ｆａ ｔ ｒ ｆ ｓ ｉ ｍ ｈｏ ｄ ａｔ ｌｓ ｉ ｈ ｉ ｎｕ ｌｙ ｌ ｓｕ ｙ ｇ ｉ ｅ ｙ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｐ ｃｐ ｅ ａ ｅ ｎ ｍａ ｅ ａ ｏ ｔ ｔｅ ｆ ｇｌ ｙ ｒ ｃｕ ｅ ｏ Ｍ ｕ ｃ ｌｒ ｅ ｐ ｒ ｃｅ ｎ ｔ ｅｒ ｉ ｒ ｉ ｉ ｉ ｆｒ ｎ ｒｃ ｓ ｎ ａ ｓ ｄ ａ ｏ ｔ ｔ ｅ ｆ ｎ ａ ｅ ｔｌ ｃ ｕ ｅ ｆ ｓ ｄ ｕ ｃ ｌｒ ｅ ｐ ｒｉｌｓ ａ ｅ ｔ ｇ ｔ ｅ ｐ ｒ ｓ ｆ ｆａ ｍｍｉ ｍ ｏ ｍｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ａ ｄ ａ ｌ ｉ ｍａ ｅ ｂ ｕ ｈ ｕ ｄ ｎ ｙ ｓ ｍ ｎ ａ ａ ｓ ｓ ｏ ｏ ｉｍ ｈ ｏ ｄ ａｔ ｅ ｆ ｃｉ ｏ ｏ ｉ ｏ ｍ Ｍｕ ｉ ｃ ｎ ｈ ｙ ｔ ｏ ｕ
APD实验指导书V1.01
APD光电二极管实验仪实验指导书目录第一章APD光电二极管综合实验仪说明..................... - 2 -二、实验仪说明 (2)1、电子电路部分结构分布........................................ - 2 -2、光通路组件 ................................................. - 3 -第二章 APD光电二极管特性测试......................... - 4 -1、APD光电二极管暗电流测试.................................... - 6 -2、APD光电二极管光电流测试.................................... - 7 -3、APD光电二极管伏安特性...................................... - 7 -4、APD光电二极管雪崩电压测试.................................. - 7 -5、APD光电二极管光照特性...................................... - 8 -6、APD光电二极管时间响应特性测试.............................. - 8 -7、APD光电二极管光谱特性测试.................................. - 9 -第一章 APD光电二极管综合实验仪说明一、产品介绍雪崩光电二极管的特点是高速响应性和放大功能。
雪崩光电二极管(APD)的基片材料可采用硅和锗等材料。
其结构是在n型基片上制作p层，然后在配置上p+层。
一般上部的电极制作成环状，这是考虑到能获得稳定的“雪崩”效应。
外来的光线通过薄的p+层，然后被p层吸收，从而产生了电子和空穴。
由于在p层上存在着105V/cm的电场，因此位于价带的电子被冲击离子化后，产生雪崩倍增效应，电子和空穴不断产生。
雪崩光电二极管结构 anode
雪崩光电二极管结构 anode雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode，简称APD）是一种特殊的光电二极管，具有比普通光电二极管更高的增益和更低的噪声。
它是一种基于雪崩击穿效应的光电器件，具有很高的灵敏度和快速的响应速度，被广泛应用于光通信、光测量和光谱分析等领域。
APD的结构与普通光电二极管类似，主要包括P型和N型半导体材料构成的P-N结。
与普通光电二极管不同的是，APD的P-N结区域加有高电场，以实现雪崩击穿效应。
当光子进入APD时，会引发电子-空穴对的产生，然后受到高电场的作用，产生雪崩效应，使电子-空穴对数量成倍增加。
这种增加可以通过外加电压来控制，从而实现对光信号的放大。
APD的增益率（gain）是指在雪崩效应下，每个光子产生的电子-空穴对数量。
与普通光电二极管相比，APD的增益率要高得多，通常可达到100倍以上。
这使得APD可以检测非常微弱的光信号，提高了光电转换效率。
除了高增益率外，APD还具有较低的噪声水平。
噪声主要分为两种：热噪声和暗电流噪声。
热噪声是由于温度引起的杂散电流，可以通过降低工作温度来减小。
而暗电流噪声是指在没有光照射的情况下，由于材料本身的缺陷引起的电流波动。
由于APD的高增益特性，可以有效抵消暗电流噪声，从而提高信噪比。
APD的响应速度也较快，通常在纳秒级别。
这使得APD可以用于高速信号检测和快速数据传输。
在光通信领域，APD被广泛应用于光纤通信系统中的接收端，用于接收和放大光信号。
在光测量和光谱分析领域，APD也可用于检测和分析微弱的光信号，提高测量和分析的精度和灵敏度。
然而，APD也存在一些缺点。
首先，APD的工作电压较高，通常在几十伏到几百伏之间，这使得APD的驱动电路复杂。
其次，APD 对光信号的线性响应范围较窄，超过该范围就会产生非线性失真。
此外，APD对温度的敏感性较高，工作温度的变化会对其性能产生影响。
雪崩光电二极管是一种具有高增益、低噪声和快速响应的光电器件。
雪崩光电二极管介绍
其中L是电子的空间电荷区的长度，而是电子和空穴的倍增系数，该系数取决于场强、温度、掺杂浓度等因素。由于APD的增益与反向偏置和温度的关系很大，因此有必要对反向偏置电压进行控制，以保持增益的稳定。雪崩光电二极管的灵敏度高于其它半导体光电二极管。
Байду номын сангаас
为获得更高的增益（105–106），某些APD可以工作在反向电压超出击穿电压的区域。此时，必须对APD的信号电流加以限制并迅速将其清为零，为此可采用各种主动或被动的电流清零技术。这种高增益的工作方式称为Geiger方式，它特别适用于对单个光子的检测，只要暗计数率足够低。
材料
理论上，在倍增区中可采用任何半导体材料：
硅材料适用于对可见光和近红外线的检测，且具有较低的倍增噪声（超额噪声）。
锗(Ge)材料可检测波长不超过1.7μm的红外线，但倍增噪声较大。
InGaAs材料可检测波长超过1.6μm的红外线，且倍增噪声低于锗材料。它一般用作异构(heterostructure)二极管的倍增区。该材料适用于高速光纤通信，商用产品的速度已达到10Gbit/s或更高。
APD主要用于激光测距机和长距离光纤通信，此外也开始被用于正电子断层摄影和粒子物理等领域 [1]。APD阵列也已被商业化。
APD的用途取决于许多性能指标。主要的几个性能指标为量子效率（表示APD吸收入射光子并产生原始载流子的效率）和总漏电流（为暗电流、光电流与噪声之和）。暗电噪声包括串联和并联噪声，其中串联噪声为霰弹噪声，它大致正比于APD的电容，而并联噪声则与APD的体暗电流和表面暗电流的波动有关。此外，还存在用噪声系数F表示的超额噪声，它是随机的APD倍增过程中所固有的统计噪声。
雪崩光电二极管维基百科，自由的百科全书跳转到： 导航、 搜索 雪崩光电二极管(APD)(又称累崩光电二极管或崩溃光二极体)是一种半导体光检测器，其原理类似于光电倍增管。在加上一个较高的反向偏置电压后（在硅材料中一般为100-200 V），利用电离碰撞（雪崩击穿）效应，可在APD中获得一个大约100的内部电流增益。某些硅APD采用了不同于传统APD的掺杂等技术，允许加上更高的电压(>1500 V)而不致击穿，从而可获得更大的增益(>1000)。一般来说，反向电压越高，增益就越大。APD倍增因子M的计算公式很多，一个常用的公式为
雪崩光二极管APD
F(G) =
〈g2〉 G2
=
kG + (1 − k)(2 − 1 ) G
式中： <g2>为 APD 随机增益 g 的二阶矩；
G 为 APD 的平均增益，且 G ＝ <g2>； k 为离化比，即空穴碰撞电离的概率与电子碰撞电离的概率之比。 在实际使用中上述表达式极不方便，因此经常使用如下近似公式：
（1.4.5）
APD 光二极管的“倍增”效应，能使在同样大小光的作用下产生比 PIN 光二极管 大几十倍甚至几百倍的光电流，相当于起了一种光放大作用 （[url=/]魔兽私服[/url]实际上不是真正的光放大），因此能大 大提高光接收机的灵敏度（比 PIN 光接收机提高 10dB 以上）。
3．APD 光二极管的特点及应用
APD 光二极管的最大优点就是具有放大效应，由它制成的光接收机具有很高的 灵敏度，一般可比 PIN 光接收机的灵敏度高 10－20 dＢ，因此可以大大增加系统的传 输距离。
APD 光二极管的缺点是产生了一种新噪声即雪崩噪声。当然如果使用得当，可以 把雪崩噪声影响降低到最低程度，即使之处于最佳增益状态，可获得十分满意的效果。
P+ P
π
N+
电场 E
x
高电场区
漂移区
图 1.4.3：APD 光二极管构造与内部电场
在图 1.4.3 中，P＋与 N+分别为重掺杂的 P 型材料与 N 型材料，π为近似本征型
的材料。 当外加高反向偏压时（如 100 伏以上），APD 光二极管内部会形成二个电场区：
高电场区与漂移区。 当外反向偏压较低时，它与 PIN 光二极管相似，即入射光仅能产生较小的光电流。
h 为普朗克常数，h =6.62×10-34 焦耳·秒；
雪崩光电二极管 参数
雪崩光电二极管参数引言雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode，简称APD）是一种特殊的光电二极管，具有高增益、高灵敏度和低噪声等优点。
APD的参数是评估其性能和特性的重要指标，本文将对雪崩光电二极管的参数进行详细介绍和分析。
一、增益增益是衡量APD性能的重要指标之一。
增益指的是在光子被吸收后产生的载流子被倍增的程度。
在正常工作模式下，APD通过雪崩效应将载流子倍增，从而提高灵敏度。
增益可以通过控制工作电压来调节，一般来说，工作电压越高，增益越大。
二、暗电流暗电流是在没有入射光照射下产生的载流子漂移引起的漏电流。
暗电流主要由热激发和本征载流子引起。
暗电流对于提高APD性能非常重要，在设计和制造过程中需要尽量降低暗电流水平。
三、探测效率探测效率是衡量APD对入射光信号的响应能力的指标。
探测效率是指入射光信号被APD吸收并产生电流的比例。
探测效率可以通过APD的结构和材料来优化，例如通过优化吸收层的厚度和材料来提高探测效率。
四、响应时间响应时间是指APD对入射光信号进行响应并产生电流所需的时间。
响应时间是衡量APD动态性能的重要参数，通常以上升时间和下降时间来衡量。
较短的响应时间可以提高APD对高速光信号的检测能力。
五、噪声噪声是影响APD性能和灵敏度的重要因素之一。
噪声主要包括热噪声、暗电流噪声和雪崩噪声等。
热噪声主要由温度引起，暗电流噪声主要由载流子引起，雪崩噪声主要由雪崩效应引起。
降低各种类型的噪声可以提高APD性能和灵敏度。
六、线性范围线性范围是指在该范围内，输入光功率与APD输出电流之间的关系是线性的。
线性范围是APD正常工作的重要指标之一，过大或过小的线性范围都会影响APD的性能。
七、工作电压工作电压是指APD正常工作所需的电压。
工作电压是根据APD的结构、材料和应用需求来确定的。
通常，为了获得较高增益和较低噪声，需要较高的工作电压。
结论雪崩光电二极管具有高增益、高灵敏度和低噪声等优点，广泛应用于光通信、光测量等领域。
雪崩光电二极管APD
构造——APD
• 1、拉通型硅雪崩光电二极管（RAPD） 构成了拉通型构造，π层为接近本征态旳低掺
特征参数——APD
1、平均雪崩增益G
2、响应度
式中，是雪崩增益后输出电
流旳平均值，是未倍增时旳
初始光生电流；V是APD旳反 向偏压，是二极管击穿电压，
式中，为量子效率。等
是APD旳串联电阻，m是由 式意义为单位入射光功
APD旳材料和构造决定旳（ 一般为2.5-7）。实际上雪崩 过程是统计过程，并不是每
雪崩光电二极管是利用PN结在高反向电压下 产生旳雪崩效应来工作旳一种二极管。
制造材料旳选择
• 理论上，在倍增区中可采用任何半导体材料。 • 硅材料合用于对可见光和近红外线旳检测，且具有较低旳
倍增噪声（超额噪声）。 • 锗材料可检测波长不超出1.7µm旳红外线，但倍增噪声较
大。 • InGaAs材料可检测波长超出1.6µm旳红外线，且倍增噪声
一种光子都经过了一样旳放
率所产生旳短路光电流， 表征光电二极管旳转换 效率。
大，所以G只是一种统计平均
值，一般在40-1剩噪声因子F 在APD中，每个光生载流子不
会经历相同旳倍增过程，具有随机 性，这将造成倍增增益旳波动，这 种波动是额外旳倍增噪声旳主要根 源，一般用过剩噪声因子F来表征 这种倍增噪声。
式中，x是过剩噪声指数。其 与器件所用材料和制造工艺有关。 Si-APD旳x在0.3-0.5之间，Ge-APD旳 x在0.8-1.0之间，InGaAs-APD旳x在 0.5-0.7之间。
雪崩光电二极管 参数
雪崩光电二极管参数摘要：1.雪崩光电二极管概述2.雪崩光电二极管的重要参数3.雪崩光电二极管的应用4.雪崩光电二极管与其他光检测器的比较正文：一、雪崩光电二极管概述雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode，简称APD）是一种具有内部增益的特殊光电二极管，能够将光信号转化为电信号。
它具有高增益、低噪声和高灵敏度的特点，相较于普通光电二极管，具有更高的信噪比、快速响应、低暗电流和高灵敏度等优点。
其波长响应范围通常在200 至1150nm 范围内。
二、雪崩光电二极管的重要参数1.反向偏压：雪崩光电二极管需要在反向偏压下工作，通常在硅材料中反向偏置电压为100-200V。
通过加大反向偏压，可以产生雪崩现象，即光电流成倍地激增。
2.增益：雪崩光电二极管的增益是指在反向偏压下，光电流与光强之间的比例关系。
一般情况下，反向电压越高，增益就越大。
3.响应速度：雪崩光电二极管具有较快的响应速度，能够在纳秒级别检测到光信号。
4.暗电流：暗电流是指在无光照情况下，光电二极管的漏电流。
雪崩光电二极管的暗电流较低，有助于提高信噪比。
三、雪崩光电二极管的应用雪崩光电二极管广泛应用于激光通信、光检测、光纤网络、生物医学、环境监测等领域。
其高灵敏度和快速响应特性使其成为这些领域中理想的光检测元件。
四、雪崩光电二极管与其他光检测器的比较与光电二极管（P-N 结型）相比，雪崩光电二极管具有更高的增益和更快的响应速度。
与光电倍增管（如光电三极管）相比，雪崩光电二极管具有更高的灵敏度和较低的噪声。
然而，雪崩光电二极管的缺点是其工作电压较高，可能需要更高的驱动电路。
总之，雪崩光电二极管作为一种高性能的光检测器，具有广泛的应用前景。
3.2.4雪崩光电二极管(apd)
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常用光伏探测器分类
硅光电池常用光伏探测器光电二极管光电三极管
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照度(lx)
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照度(lx)
3.2.2 硅光电二极管
2 伏安特性
在无光照的条件下，给硅光电二极管加电 压，电流-电压（伏-安）特性，如图中曲线①。 受到光的照射事曲线①会向曲线②的方向移动， 光再变强向曲线③平行移动。
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电流－电压特性
3.2.2 硅光电二极管
光电二极管在大多数场合都是加反向偏压工作 的。如果加正向偏压，它就与普通二极管一样，只 具有单向导电性，而表现不出它的光电效应。
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3.2.1 光电池
光电池特性
(1)光电特性
光电池开路电压与入射光照度成对数关系，在
弱光情况下短路电流与入射光照度成线性关系。 光电流在弱光照射下与光照度成线性关系。在
光照增加到一定程度后，输出电流达到饱和。
开路电压和短路电流与 开路电压和短路电流与
入射光的照度关系
光电池受光面积的关系
3.2.2 硅光电二极管
硅光电二极管是最简单、使用最广泛、最具有 代表性的光伏效应的光半导体器件。
硅光电二极管的基本结构和工作原理
a) 2DU型光电二极管结构原理 b) 工作原理
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3.2.2 硅光电二极管
根据右图的等效电路可得
出I0的公式：
I0
IL
ID
雪崩光电二极管分类
雪崩光电二极管分类雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode，简称APD）是一种特殊的光电二极管，它能够将传入的光信号转化为电信号。
由于其特殊的结构和工作原理，雪崩光电二极管在一些特定的应用领域中具有重要的作用。
本文将对雪崩光电二极管进行分类和介绍，以帮助读者更好地理解和运用这一技术。
1.按光电二极管的材料分类：雪崩光电二极管可以根据其材料的不同进行分类。
常见的材料包括硅（Si）、锗（Ge）、化合物半导体等。
不同的材料具有不同的特性和应用领域。
硅材料的雪崩光电二极管具有较高的可靠性和低的噪声性能，广泛用于通信和光纤传输等领域；锗材料的雪崩光电二极管具有较高的灵敏度和较低的噪声，适用于高速通信和光电探测等领域；化合物半导体材料的雪崩光电二极管则具有更高的灵敏度和更低的噪声，适用于高速通信和量子通信等领域。
2.按结构分类：雪崩光电二极管还可以根据其结构的不同进行分类。
常见的结构包括单结结构和多结结构。
单结结构的雪崩光电二极管是最简单的结构，由一个P-N结组成。
多结结构的雪崩光电二极管由多个P-N 结串联而成，具有更高的增益和更低的噪声。
多结结构的雪崩光电二极管在高速通信和光电探测等领域中得到广泛应用。
3.按工作模式分类：雪崩光电二极管可以根据其工作模式的不同进行分类。
常见的工作模式有线性模式和饱和模式。
线性模式下，雪崩光电二极管的输出电流与输入光信号呈线性关系，适用于低光强度的应用；饱和模式下，雪崩光电二极管的输出电流随输入光信号的增加而饱和，适用于高光强度的应用。
根据具体的应用需求，可以选择不同的工作模式。
4.按工作温度分类：雪崩光电二极管还可以根据其工作温度的不同进行分类。
一般来说，雪崩光电二极管的工作温度范围较窄，通常在室温下工作。
然而，为了满足一些特殊应用的需求，如高温环境下的光电探测，可选择具有较高工作温度范围的雪崩光电二极管。
总结：雪崩光电二极管是一种能够将光信号转化为电信号的特殊光电器件。
雪崩光电二极管安全操作及保养规程
雪崩光电二极管安全操作及保养规程雪崩光电二极管（APD）是一种具有放大增益的光电探测器，被广泛应用于光通信、雷达、光学传感等领域。
本文将介绍雪崩光电二极管的安全操作和保养规程。
安全操作1. 驱动电压雪崩光电二极管的驱动电压通常较高，为几百伏至数千伏。
操作人员在使用雪崩光电二极管前，应仔细阅读相关操作手册，熟悉驱动电压的范围和操作方法。
2. 光功率雪崩光电二极管的响应速度和灵敏度与光功率有关。
在操作时，应根据实际需要选择合适的光功率，避免对雪崩光电二极管产生过大的光功率，导致雪崩放大过程失控。
3. 温度雪崩光电二极管的响应特性与温度有关，一般在操作时应将其在规定的温度范围内工作。
在使用过程中，禁止在高温环境下操作或存放，以免损坏雪崩光电二极管。
4. 静电雪崩光电二极管对静电极为敏感，应在防静电环境下操作，避免因静电放电产生的电磁干扰和损坏。
保养规程1. 清洁在操作过程中，应保证设备表面清洁干燥，防止灰尘、油污等影响设备工作。
定期使用干净柔软的棉布清洁设备表面。
2. 防尘在长时间不使用雪崩光电二极管时，应使用防尘罩或特定的密封罐储存，避免尘埃、水分等物质对设备的损害。
3. 防潮雪崩光电二极管对潮湿环境也较为敏感，遇潮湿环境时，应使用干燥剂进行干燥处理，保证设备的稳定和长寿命。
4. 维护保养定期对设备进行检查和维护，避免因长期使用或磨损产生故障和损坏。
同时，应及时更换易损件，延长设备寿命。
总结雪崩光电二极管作为一种高灵敏度、高增益的光电探测器，在科研和工程应用中被广泛使用。
作为操作人员，在使用或保养设备时，应根据规程进行操作，保证设备的完好和安全，同时在发现异常情况时，应及时停止使用并寻求专业人员的帮助和维修。
3.2.4雪崩光电二极管(apd)
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3.2.2 硅光电二极管
上升时间可由下式近似表示为：
tr t1 t2 t3
相应的截止频率fC，可表示为：
fc
0.35
/t r
响应波形
频率特性
光输入
输出波形 t1、t3＞＞t2 输出波形 t2＞＞t1、t3
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相对输出(db)
频率
dI
d
q
hc
1 ead
光电流(μA)
可知，光电流灵敏度与
材料对光的吸收系数a有关。
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照度(lx)
3.2.2 硅光电二极管
同时，光电流灵敏度与入射光辐射波长λ也 有关系，通常将其峰值波长的电流灵敏度作为光
电二极管的电流灵敏度。 短路电流和光照度的关系 开路电压与光照度的关系
短路电流(μA ) 开路电压(mV)
5 时间特性(频率响应)
光电二极管响应速度-时间特性，通常用上升 时间或截止频率来表示。
上升时间定义为输出信号的波形前沿幅度的
10%与90%的两点时间间隔，用tr表示。
它主要决定于：
(1)极间电容Ct和负载电阻RL的时间常数t1
t1=2.2×Ct×RL
Ct是封装电容和光电二极管结电容Cj的和，
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相对响应度（%）
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波长(μm）
3.2.1 光电池
(5)温度特性
光电池的参数与温度有关，其参数值随环境温 度改变而变化。如图给出了短路电流和开路电压与 温度的关系曲线。
光电池温度特性
温度(℃）
光电池作为探测器件时，应适当采取温度补偿措 施，以保证测量数据的精度。
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4
制造材料的选择
• 理论上，在倍增区中可采用任何半导体材料。 • 硅材料适用于对可见光和近红外线的检测，且具有较低的
倍增噪声（超额噪声）。 • 锗材料可检测波长不超过1.7µm的红外线，但倍增噪声较
大。 • InGaAs材料可检测波长超过1.6µm的红外线，且倍增噪声
7
结构——APD
3、SAGM型APD
P-N结加合适的高反向偏压，使耗尽层中光生 载流子受到强电场的加速作用获得足够高的动能 ，它们与晶格碰撞电离产生新的电子一空穴对， 这些载流子又不断引起新的碰撞电离，造成载流 子的雪崩倍增，得到电流增益。在0.6～0.9μm波 段，硅APD具有接近理想的性能。InGaAs（铟镓 砷）/InP（铟磷）APD是长波长（1.3μm，1.55μm ）波段光纤通信比较理想的光检测器。其优化结 构如图所示，光的吸收层用InGaAs材料，它对 1.3μm和1.55μm的光具有高的吸收系数，为了避 免InGaAs同质结隧道击穿先于雪崩击穿，把雪崩 区与吸收区分开，即P-N结做在InP窗口层内。鉴 于InP材料中空穴离化系数大于电子离化系数， 雪崩区选用n型InP，n-InP与n-InGaAs异质界面存 在较大价带势垒，易造成光生空穴的陷落，在其 间夹入带隙渐变的InGaAsP（铟镓砷磷）过渡区 ，形成SAGM（分别吸收、分级和倍增）结构。
PIN二极管特点： •结构简单
•可靠性高，电压低，使 用方便
•量子效率高 •噪声小 •带宽较高
APD二极管特点： •灵敏度高 •高增益 •高电压，结构复杂 •噪声大
12
应用——APD
载流子在耗尽层中获得的雪崩增益越大，雪崩倍增过程 所需的时间越长。因而，雪崩倍增过程要受到“增益-带宽积 ”的限制。在高雪崩增益情况下,这种限制可能成为影响雪崩 光电二极管响应速度的主要因素之一。但在适中的增益下， 与其他影响光电二极管响应速度的因素相比，这种限制往往 不起主要作用，因而雪崩光电二极管仍然能获得很高的响应 速度。现代雪崩光电二极管增益-带宽积很高。
雪崩光电二极管 （APD）
1
目录
• 名词释义 • 工作原理 • 制造材料的选择 • 结构 • 特性参数 • PIN光电二极管和APD光电二极管的比较 • 应用
2
名词释义——APD
APD是激光通信中使用的光敏元件。在以硅或 锗为材料制成的光电二极管的P-N结上加上反向偏压 后，射入的光被P-N结吸收后会形成光电流。加大反 向偏压会产生“雪崩”（即光电流成倍地激增）的 现象，因此这种二极管被称为“雪崩光电二极管” 。
低于锗材料。它一般用作异构二极管的倍增区。该材料适 用于高速光纤通信，商用产品的速度已达到10Gbit/s或更 高。 • 氮化镓二极管可用于紫外线的检测。 • HgCdTe二极管可检测红外线，波长最高可达14µm，但需 要冷却以降低暗电流。使用该二极管可获得非常低的超额 噪声。
5
结构——APD
•1、拉通型硅雪崩光电二极管（RAPD） ppn构成了拉通型结构，π层为接近本征态的低掺
2、响应度RAPD
RAPDhqvGRpiG n
式中，为量子效率。等 式意义为单位入射光功 率所产生的短路光电流 ，表征光电二极管的转 换效率。
9
特性参数——APD
3、过剩噪声因子F 在APD中，每个光生载流子不
会经历相同的倍增过程，具有随机 性，这将导致倍增增益的波动，这 种波动是额外的倍增噪声的主要根 源，通常用过剩噪声因子F来表征 这种倍增噪声。
杂区，而且很宽。当偏压加到一定程度后，耗尽区 将被拉通到π层，一直抵达 层 。 p
6
结构——APD
2、保护环型硅雪崩光电二极管（GAPD） 其雪崩增益与反向偏压间的非线性关系
非常突出，所以具有很高的响应度的优点。 要想得到足够大的增益，GAPD 必须工作在接 近击穿电压处，但击穿电压对温度的变化十 分敏感，因此有了增益对温度变化很敏感的 缺点。
3
工作原理——APD
雪崩光电二极管是具有内增益的一种光伏器件。它利用 光生载流子在强电场内的定向运动产生雪崩效应，以获得光 电流的增益。在雪崩过程中，光生载流子在强电场的作用下 高速定向运动，具有很高动能的光生电子或空穴与晶格原子 碰撞，使晶格原子电离产生二次电子－空穴对；二次电子和 空穴对在电场的作用下获得足够的动能，又使晶格原子电离 产生新的电子－空穴对，此过程像“雪崩”似地继续下去。 电离产生的载流子数远大于光激发产生的光生载流子数，这 时雪崩光电二极管的输出电流迅速增加。高速运动的电子和 晶格原子相碰撞，使晶格原子电离，产生新的电子 - 空穴对 。新产生的二次电子再次和原子碰撞。如此多次碰撞，产生 连锁反应，致使载流子雪崩式倍增。所以这种器件就称为雪 崩光电二极管(APD)。
与真空光电倍增管相比，雪崩光电二极管具有小型、不 需要高压电源等优点，因而更适于实际应用；与一般的半导 体光电二极管相比，雪崩光电二极管具有灵敏度高、速度快 等优点，特别当系统带宽比较大时，能使系统的探测性能获 得大的改善。
因此，雪崩光电二极管主要应用与激光测距仪、共焦显 微镜检查、视频扫描成像仪、高速分析仪器、自由空间通信 、紫外线传感、分布式温度传感器等领域。
8
特参数——APD
1、平均雪崩增益G
G
IM Ip
(1V
1 IRS
)m
VB
式中，是雪崩增益后输出电
流的平均值，是未倍增时的 初始光生电流；V是APD的反
向偏压，是二极管击穿电压 ，是APD的串联电阻，m是由 APD的材料和结构决定的（ 一般为2.5-7）。实际上雪崩
过程是统计过程，并不是每
一个光子都经过了同样的放 大，所以G只是一个统计平均 值，一般在40-100之间。
F Gx
式中，x是过剩噪声指数。其 与器件所用材料和制造工艺有关。 Si-APD的x在0.3-0.5之间，Ge-APD的 x在0.8-1.0之间，InGaAs-APD的x在 0.5-0.7之间。
10
Si，Ge，InGaAs雪崩光电二极管的通 用工作特性参数
ID
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PIN光电二极管和APD光电二极管 的比较