技术文章及资料中心

ARTICLE

文章中心

产品

应用

其他

技术资料 您的位置:首页--文章中心--雪崩光电二极管(APD)

APD彩页参数解释

以下是APD的彩页参数解释。




1. 光谱响应范围( Spectral response range )              2. 峰值灵敏度波长 ( Peak sensitivity wavelength )
3. 光灵敏度( S,Photosensity )                                  4. 量子效率( QE,Quantum efficiency )
5. 击穿电压( VBR, Breakdown voltage )                     6. 击穿电压温度系数( Temperature coefficient of VBR
7. 暗电流( ID, Dark current )                                      8. 暗电流温度系数( Temperature coefficient of ID
9. 截止频率( fc,Cutoff frequency )                          10. 终端电容( Ct ) & 结电容( Cj
11. 过剩噪声指数( X,Excess noise figure )               12. 增益( G,Gain )


# 光谱响应范围( Spectral response range )


短波下限取决于窗材透过率,长波上限取决于本征材料特性。


硅酸硼玻璃和塑料树脂窗材吸收短波,对于波长300 nm以下有探测需求的,选择石英窗材。


硅在常温下的带隙能为1.24 eV。λc=1240/Eg (nm),Eg:带隙能。因此,长波上限约在1100 nm附近


# 峰值灵敏度波长 ( Peak sensitivity wavelength )


光谱响应中,灵敏度最大值所在的波长。一般来讲选择与待测光波段附近的峰值灵敏度波长,信号输出更大 。

# 光灵敏度( S,Photosensity )


光灵敏度(单位:A/W)为光电流(单位:A)与特定波长入射光辐射能通量(单位:W)的比值。


光灵敏度的大小受温度,波长,增益的影响。 增益为1可以理解为不加偏压,在波长为900 nm,温度为25℃的条件下,光灵敏度为0.5 A/W。如果加上偏压,如增益为100,则灵敏度为50 A/W。

# 量子效率( QE,Quantum efficiency )


量子效率定义为特定波长的光照下,最终形成光电流的电子(或空穴)数目占总入射光子的百分比。单位一般为 %。
由于不同波长的光子能量不同,QE与光灵敏度( Photosensitivity )的换算公式为:

# 击穿电压( VBR, Breakdown voltage )


击穿电压的定义是暗电流为100 uA的情况下,反向偏压的大小。


暗电流在击穿电压附近会快速上升,APD一般在击穿电压以下几伏工作,但不代表反向偏压只要超过击穿电压就一定会损坏。以S14645-05为例,反向偏压超过击穿电压后,例如暗电流达到200 uA,然后降低偏压,APD未损伤。

# 击穿电压温度系数( Temperature coefficient of VBR


温度会影响击穿电压的大小,当温度升高的时候,晶格振动会变大,这就导致一些速度不够快的载流子碰撞到晶格的概率增加,载流子的能量不足以碰撞出新的电子空穴对,反而可能损失了一部分动能,为了进一步提高载流子的电离率,需要更大的电场去加速,宏观上显示出来的,就是击穿电压变大


以S14645-05为例,温度每升高1℃,击穿电压升高1.1V。考虑到有些探测器需要应用在野外,温度变化较大,从而影响探测器的信号输出大小,此时,通过参考击穿电压温度系数,温度每升高1℃,相应的反向偏压也升高1.1V,让击穿电压和反向偏压的差值保持不变,从而稳定探测器的增益及信号输出大小。

# 暗电流( ID, Dark current )


当电路中加上了反向电压( VR )时,会一直有电流通过APD,这个电流甚至在APD不感光时也依然存在,所以称之为暗电流。


影响暗电流大小的有两个因素,一个是反向电压,一个是温度。


但暗电流本身不是噪声,暗电流的不确定性(其实就是来自暗电流的散粒噪声)才是噪声。举个具体的例子,假设暗电流为100 pA,实际的暗电流则是会在100 pA左右波动,这一时刻可能是97 pA,下一时刻又变成101 pA,这个不确定性的绝对量会随着暗电流的变大而变大,所以暗电流越大,APD的噪声就越大。


APD暗电流来自氧化膜界面的表面漏电流( Ids )和衬底内部产生的电流( Idg )组成。会经过雪崩层从而有M倍的增益放大。


M=100这个条件指的是环境温度25 ℃,给定一束波长为900 nm的光束,某个偏压值测量的光电流与无偏压条件测量的光电流的比例为100。M=100这个条件目的就是为了确定这个反向偏压值,再回到暗环境,设置这个反向电压值,得到暗电流大小。

# 暗电流温度系数( Temperature coefficient of ID


温度会影响暗电流的大小,温度越高,暗电流越大。


以S14645-05为例,温度每升高1℃,暗电流变大为1.1倍。从这个参数上也可以看出,暗电流随温度的变化是指数上升的,因此暗电流的温度系数的单位是times/℃,而不是A/℃。

# 截止频率( fc,Cutoff frequency)


当APD接收到激光二极管等发射的正弦调制光波时,其截止频率fc定义为APD的输出(电流或电压)相比于100%输出下降3 dB时的频率。截止频率( fc )与上升时间( tr )的换算公式为:tr(ns)=0.35 / fc(GHz)。


以S14645-05为例,测试条件为,温度25 ℃,增益为100,负载电阻为50 Ω,光源波长900 nm的条件下,光功率下降一半(-3 dB)时的频率为600 MHz。

# 终端电容( Ct ) & 结电容( Cj


由于耗尽层的存在,APD的PN结中会形成一个等效电容,称作结电容( Cj )。终端电容( Ct )包含了结电容( Cj )和封装时所产生的寄生电容(Package stray capacitance),是一个更加实用的数据。一般说来,终端电容( Ct )越大,响应速度越慢——通俗地理解,电容大了,充放电时间变长,最终影响APD输出信号的时效性。


以S14645-05为例,测试条件为温度25 ℃,增益为100,光源调制频率为1 MHz的条件下,终端电容为1 pF。

# 过剩噪声指数( X,Excess noise figure )


过剩噪声指数用于近似计算APD的散粒噪声,进一步可以计算APD的信噪比,等效噪声功率等。 只要反向电压恒定,APD增益就是每个载流子倍增的平均数。但是电离率不均匀,存在统计浮动,由此在倍增过程中会引入倍增噪声(即过剩噪声)。


对于电子而言,倍增噪声系数( F,也叫倍增噪声因子 )为:

其中k为空穴的电离率(β)与电子的电离率(α)的比值称作电离率比(k(=β/α))。对于空穴则替换为1/k。

过剩噪声随着增益的升高而变大,如下图所示:

从中可以看出过剩噪声系数和增益相关,受波长和APD结构影响,并近似看出过剩噪声系数和增益是指数关系,因此,引入过剩噪声指数(X),过剩噪声系数(F)近似表达为:F=MX

有了过剩噪声系数,进一步就可以计算APD的散粒噪声:

# 增益( G,Gain )


初级电子空穴对在内电场中加速,加速过程中碰撞晶格产生新的电子空穴对,由此单个光子信号结束后产生的电子空穴对的均值即为增益。


影响增益的因素有反向电压,温度,波长,如下图所示:


M=100,这个条件具体指的是环境温度25 ℃,给定一束波长为900 nm的光束,某个偏压值测量的光电流与无偏压条件测量的光电流的比例为100。


相关资料


S14645 系列产品手册
介绍S14645产品系列的详细参数,特点优势以及相关的datasheet。


滨松APD的相关基础知识介绍



滨松APD选型相关介绍


相关工程师



针对以上内容,如您有任何问题,欢迎联系我们



上一个:【FAQ】APD 模块

下一个: 已是最后一个

×
回到顶部