It-tifsira ta' PIN (Post-Intrinsiku{-Negattiv) hija li saff ta' materjal semikonduttur b'konċentrazzjoni baxxa ħafna ta' doping (bħal Si) jiddaħħal bejn materjali semikondutturi tat-tip P-u N-tip. Dan is-saff huwa indikat bħala I (Intrinsiku) u jissejjaħ ir-reġjun intrinsiku. L-istruttura ta' aphotodiode PIN(PIN-PD) jidher fil-figura tax-xellug. Fil-figura, wara li d-dawl inċidentali jidħol mir-reġjun P *, jiġi assorbit mhux biss fir-reġjun tat-tnaqqis iżda wkoll barra mir-reġjun tat-tnaqqis. Dawn l-assorbimenti jiffurmaw il-komponent tad-diffużjoni fil-fotokurrent. Pereżempju, l-elettroni fir-reġjun P * l-ewwel jinfirxu lejn il-konfini tax-xellug tar-reġjun tat-tnaqqis u mbagħad jgħaddu mir-reġjun tat-tnaqqis biex jilħqu r-reġjun N *. Bl-istess mod, toqob fir-reġjun N' jinfirxu lejn il-konfini tal-lemin tar-reġjun tat-tnaqqis qabel ma jgħaddu mir-reġjun tat-tnaqqis biex jilħqu r-reġjun P *. Il-fotokurrent fir-reġjun tat-tnaqqis jissejjaħ il-komponent tad-drift, u l-ħin ta 'propagazzjoni tiegħu jiddependi prinċipalment fuq il-wisa' tar-reġjun tat-tnaqqis. Ovvjament, il-ħin tal-propagazzjoni tal-komponent tal-kurrent tad-diffużjoni huwa itwal minn dak tal-komponent tal-kurrent tad-drift. Bħala riżultat, it-tarf ta 'wara tal-polz tal-kurrent tal-ħruġ tal-fotodetector jittawwal, u d-dewmien tal-ħin li jirriżulta se jaffettwa l-veloċità tar-rispons tal-fotodetector.
Jekk ir-reġjun tat-tnaqqis huwa dejjaq, il-biċċa l-kbira tal-fotoni jilħqu r-reġjun N+ qabel ma jiġu assorbiti mir-reġjun tat-tnaqqis. F'dan ir-reġjun, il-kamp elettriku huwa dgħajjef ħafna u ma jistax jissepara l-elettroni u t-toqob, li jirriżulta f'effiċjenza quantum relattivament baxxa.
Wisa 'ta' reġjun ta' tnaqqis idjaq *w* jirriżulta f'kapaċità ta' junction akbar u kostanti tal-ħin RC akbar, li hija ta' detriment għat-trażmissjoni tad-dejta b'veloċità għolja-.
Meta wieħed iqis il-ħin tad-drift u l-effetti tal-kapaċità tal-junction, il-bandwidth ta 'fotodijodu jista' jiġi espress bħala:
Fil-formula, R1hija r-reżistenza tat-tagħbija.
L-analiżi ta 'hawn fuq turi li ż-żieda fil-wisa' tar-reġjun tat-tnaqqis hija essenzjali.
Kif muri fil-figura ta 'hawn fuq, il-wisa' tar-reġjun I-hija ħafna akbar minn dik tar-reġjuni P+ u N+. Għalhekk, aktar fotoni huma assorbiti fir-reġjun I-, u jżidu l-effiċjenza quantum filwaqt li jinżamm kurrent ta 'diffużjoni żgħir. Il-vultaġġ reverse bias tal-fotodijodu PIN jista 'jiġi ssettjat għal valur iżgħar minħabba li l-ħxuna tar-reġjun tat-tnaqqis tiegħu hija essenzjalment iddeterminata mill-wisa' tar-reġjun I-.
Naturalment, reġjun I-usa' mhux dejjem ikun aħjar. Wisa 'akbar (w) tirriżulta f'ħin itwal ta' drift għat-trasportaturi fir-reġjun tat-tnaqqis, u b'hekk tillimita l-bandwidth. Għalhekk, konsiderazzjoni komprensiva hija meħtieġa. Peress li materjali semikondutturi differenti għandhom koeffiċjenti ta 'assorbiment differenti għal wavelengths differenti tad-dawl, il-wisa' tar-reġjun intrinsiku (I-reġjun) tvarja. Pereżempju, il-wisa 'ta' I-reġjun ta' fotodijodu Si PIN hija bejn wieħed u ieħor 40 mm, filwaqt li dik ta 'fotodijodu PIN InGaAs hija bejn wieħed u ieħor 4 mm. Dan jiddetermina l-wisgħat tal-frekwenza differenti u l-firxiet ta 'wavelength ta' fotodetectors magħmulin minn dawn iż-żewġ materjali differenti: Si PIN photodiodes huma użati fil-medda ta '850 nm, filwaqt li photodiodes InGaAs PIN jintużaw fil-meded 1310 nm u 1550 nm.
(APD)Photodiode tal-valanga
APD (Avalanche Photodiode) huwa fotodetector sensittiv ħafna li juża l-effett tal-valanga biex jimmultiplika l-fotokurrent. Il-prinċipju tal-effett tal-valanga huwa kif ġej: Dawl tas-sinjal inċidentali jiġġenera pari inizjali ta' elettron-toqob fl-APD. Minħabba l-vultaġġ għoli ta 'polarizzazzjoni inversa applikata għall-APD, dawn il-pari ta' toqba ta 'elettroni-jaċċelleraw taħt l-influwenza tal-kamp elettriku, u jiksbu enerġija kinetika sinifikanti. Meta jaħbtu ma' atomi newtrali, l-elettroni fil-faxxa ta' valenza ta' l-atomi newtrali jiksbu enerġija u jaqbżu għall-faxxa ta' konduzzjoni, u b'hekk jiġġeneraw pari ta' toqba ta' elettron-ġodda, imsejħa pari ta' toqba ta' elettron-sekondarja. Dawn it-trasportaturi sekondarji jistgħu jaħbtu wkoll ma' atomi newtrali oħra taħt kamp elettriku qawwi, li jiġġeneraw pari ta' toqob ta' elettron-ġodda, u b'hekk jinduċu l-proċess ta' valanga li jipproduċi trasportaturi ġodda. Fi kliem ieħor, foton wieħed fl-aħħar jiġġenera ħafna trasportaturi, u jamplifika s-sinjal ottiku fi ħdan l-APD. Strutturalment, id-differenza bejn APD u photodiode PIN tinsab fiż-żieda ta 'saff P addizzjonali. L-istruttura ta' APD tidher fil-Figura 3-18. Meta reverse biased, kamp elettriku qawwi jeżisti fil-junction PN imdawwar bejn is-saff I u s-saff N *. Ladarba d-dawl tas-sinjal inċidentali jidħol fir-reġjun I mir-reġjun tax-xellug P *, huwa assorbit fir-reġjun I biex jiġġenera pari ta 'elettron-toqba. L-elettroni fir-reġjun I jersqu malajr lejn ir-reġjun tal-junction PN, u l-kamp elettriku qawwi fil-junction PN jikkawża li l-elettroni jipproduċu effett ta 'valanga.
Strutturalment, id-differenza bejn APD u photodiode PIN tinsab fiż-żieda ta 'saff żejjed, P. L-istruttura ta' APD tidher fil-figura tal-lemin. Taħt preġudizzju invers, jeżisti kamp elettriku qawwi fil-junction PN imdawwar bejn is-saffi I u N +. Ladarba d-dawl tas-sinjal inċidentali jidħol fir-reġjun I mir-reġjun P+ tax-xellug, jiġi assorbit fir-reġjun I, u jiġġenera pari ta' toqob ta' elettroni-. L-elettroni drift malajr lejn ir-reġjun tal-junction PN, u l-kamp elettriku qawwi fil-junction PN jikkawża effett ta 'valanga.
Meta mqabbel ma 'photodiodes PIN, il-fotokurrent huwa amplifikat internament mill-APD, u b'hekk jiġi evitat il-ħoss introdott minn ċirkwiti esterni. Minn perspettiva statistika medja, jekk wieħed jassumi foton wieħed jiġġenera trasportaturi M, dan huwa ugwali għall-proporzjon tal-ħruġ tal-fotokurrent I wara valanga APD mal-fotokurrent inizjali I qabel il-multiplikazzjoni.
Fil-formula, M jissejjaħ il-fattur tal-multiplikazzjoni.
Il-fattur ta' multiplikazzjoni huwa relatat mar-rata ta' jonizzazzjoni tat-trasportaturi ta' ċarġ, li tirreferi għan-numru medju ta' pari ta' toqob ta' elettroni -ġenerati għal kull unità ta' distanza ta' drift. Ir-rata ta 'jonizzazzjoni ta' l-elettroni u r-rata ta 'jonizzazzjoni tat-toqba huma differenti, indikati b'₀ u ₂, rispettivament. Huma relatati ma 'fatturi bħal vultaġġ ta' preġudizzju invers, wisa 'reġjun ta' tnaqqis, u konċentrazzjoni ta 'doping, u huma indikati bħala ₀.
Fil-formula, k huwa l-koeffiċjent ta 'jonizzazzjoni, li huwa kejl tal-prestazzjoni ta' fotodetector.
L-effett tar-rata ta 'jonizzazzjoni fuq M jista' jingħata bil-formula li ġejja:
Meta=0, elettroni biss jipparteċipaw fil-proċess tal-valanga, M=e^(-ω), u l-qligħ jiżdied b'mod esponenzjali ma ω. Meta ω=1 u -1, skond l-ekwazzjoni (3-26), M → ∞, u jseħħ it-tkissir tal-valanga. Tipikament, il-valur ta 'M ivarja minn 10 sa 500. Tkissir tal-valanga f'APD iseħħ minħabba li l-vultaġġ ta' polarizzazzjoni inversa applikat huwa kbir wisq. Meta wieħed iqis ir-relazzjoni mill-qrib bejn M u l-vultaġġ ta' polarizzazzjoni inversa, formula empirika tintuża komunement biex tiddeskrivi r-relazzjoni tagħhom, jiġifieri:
Fil-formula, n huwa indiċi karatteristika dipendenti fuq it-temperatura-, n=2.5~7; Un huwa l-vultaġġ tat-tqassim tal-valanga, li jvarja minn 70 sa 200V għal materjali semikondutturi differenti; U huwa l-vultaġġ reverse bias, li ġeneralment jittieħed bħala 80% sa 90% ta 'UgR. Meta tuża APD, huwa essenzjali li jiġi żgurat li l-vultaġġ operattiv jinżamm taħt il-vultaġġ tat-tqassim tal-valanga biex tevita li ssir ħsara lill-apparat.
