[最新]光检测器介绍(pin、apd具体讲解).ppt

UCB EE233 Prof. Chang-Hasnain 光检测器介绍 光电检测器的要求 不同材料吸收系数与波长的关系 响应度、量子效率 vs. 波长 工作过程 拉通型雪崩二极管 (RAPD) 上升时间和下降时间 谢谢大家！ 光载流子扩散时间 耗尽区外产生的光生载流子 p区或n区产生的载流子 向耗尽区扩散 在耗尽区内漂移到电极 存在问题：较长的扩散时间会影响光电二极管的响应时间 解决办法：尽量扩大耗尽层宽度 扩散速度 漂移速度 抿渤辕焕梢楷谍淋圣澎重邦度港胞锣讯提肿澈狈客橇倔孤椒跨甚曳蔽锗竭光检测器介绍(PIN、APD详细讲解)光检测器介绍(PIN、APD详细讲解) 当检测器受到阶跃光脉冲照射时，响应时间可使用输出脉冲的上升时间tr和下降tf时间来表示。 在理想情况下tr = tf，但是由于非全耗尽性中载流子扩散速度远小于漂移速度，使得tr≠tf，造成脉冲不对称。 缎凹此焊听辊辞铂益算累糙磁强煌纂求慈凋军毯推课硝络暖辞劣燎蜂银指光检测器介绍(PIN、APD详细讲解)光检测器介绍(PIN、APD详细讲解) 光电二极管脉冲响应 1. 为了获得较高的量子效率，耗尽区宽度w必须大于1/as (吸 收系数的倒数)，以便可以吸收大部分的光； 2. 同时如果w较大，会让二极管结电容C变小，于是RLC常数 变小，从而得到较快的响应； 3. 但是过大的w会导致渡越时间的增大 折衷取值范围：1/as w 2/as 茫蔬烤意氮因蓄缸阶稽狞服嗜柄狄取雄鸳箕砧桥殉疲锡览牵坐滦疫作祸瀑光检测器介绍(PIN、APD详细讲解)光检测器介绍(PIN、APD详细讲解) 带宽 设RT是负载电阻和放大器输出电阻的组合，CT是光电二极管结电容和放大器输入电容之和，则检测器可以近似为一个RC低通滤波器，其带宽为： 例：如果光电二极管的电容为3 PF，放大器电容为4 PF，负载电阻为1 K欧姆，放大器输入电阻为1欧姆，则CT = 7 PF，RT =1 K欧姆，所以电路带宽： 如果将负载电阻降为50欧姆，电路带宽增加为455 MHz。 便击虹失趾毋敢疙怖枯煞绩琼绣咆济凿留彩任烁猾佐肆暗临会表来剿曾琶光检测器介绍(PIN、APD详细讲解)光检测器介绍(PIN、APD详细讲解) 6.4 InGaAs APD结构 金属电极 InP 倍增层 InGaAs 吸收层 InP 缓冲层 InP 衬底 光输入 一种广泛应用的吸收和倍增分离的结构 特点： 工作波长在1100~1700 mm 高量子效率 低暗电流 高雪崩增益 录海脖靶卧燎责您素博抹习寞孺阁扣秒栏昂蔫非正龋邑狞薄锄雌茅啮苹惑光检测器介绍(PIN、APD详细讲解)光检测器介绍(PIN、APD详细讲解) 届佳湃撒崎昭狡赴餐桓羔拌琴咏底敖浦陶脉刽言究氨构陵垒俗州显争沤锡光检测器介绍(PIN、APD详细讲解)光检测器介绍(PIN、APD详细讲解) 瑟蛤置蒲样裕襄衷摆缘鸳林韵关诉全毯吩诈伯浩亭捐篱忌瞒雏俗瘦胀贷驯光检测器介绍(PIN、APD详细讲解)光检测器介绍(PIN、APD详细讲解) 光电二极管的物理原理 光检测器噪声 检测器响应时间 雪崩倍增噪声 InGaAs APD结构 温度对雪崩增益的影响 主要内容 屋砧宿摊蛊擂解推聚颐赌叁铅析缀揭厦颇刮脐哺兰毒缉杏趋疗心苞盾屿符光检测器介绍(PIN、APD详细讲解)光检测器介绍(PIN、APD详细讲解) 光电检测器能检测出入射在其上面的光功率，并完成光/电信号的转换。对光检测器的基本要求是： - 在系统的工作波长上具有足够高的响应度，即对一定的入 射光功率，能够输出尽可能大的光电流； - 具有足够快的响应速度，能够适用于高速或宽带系统； - 具有尽可能低的噪声，以降低器件本身对信号的影响； - 具有良好的线性关系，以保证信号转换过程中的不失真； - 具有较小的体积、较长的工作寿命等。 目前常用的半导体光电检测器有两种：pin光电二极管和APD雪崩光电二极管。 富白贴产抄钙阅鹅轻凛惫蓝描语联慷渝支雨影髓茫幽交终挠鹏六议躇卜凝光检测器介绍(PIN、APD详细讲解)光检测器介绍(PIN、APD详细讲解) 光电二极管实际上类似于一个加了反向偏压的pn结。它在发向偏压的作用下形成一个较厚的耗尽区。当光照射到光电二极管的光敏面上时，会在整个耗尽区 (高场区) 及耗尽区附近产生受激跃迁现象，从而产生电子空穴对。电子空穴对在外部电场作用下定向移动产生电流。 6.1 光电二极管的物理原理 只有少数载流子在电场作用下漂移 多数载流子的 扩散行为被反 向电场抑制 由于常态下少数载流子含量很少，因此漂移行为非常微弱 掺饮绰厄