Лавинні фотодіоди

Якщо структура шарів звичайного фотодіода , то в лавинному фотодіоді (ЛФД) додають шар (рис. 5.1.3). При цьому профіль розподілу легованих домішок вибирається так, що найбільший опір, а значить і найбільшу напруженість електричного поля, має шар.

При взаємодії світла з шаром створюються електронно-дірочні пари, які завдяки невеликому полю дрейфують у напрямку відповідних полюсів. При попаданні електронів з шару в шар їх прискорення збільшується внаслідок високої напруженості електричного поля в шарі. Відповідно вони отримають достатньо велику енергію для того, щоб вибивати додаткові електрони з валентної зони в зону провідності. Цей процес має назву лавинного підсилення фотоструму. Коефіцієнт збільшення носіїв звичайно складає декілька десятків і тому струмова чутливість ЛФД значно вище, ніж у звичайних P-I-N-фотодіодів.

Коефіцієнт збільшення визначається за емпіричною формулою:

, (5.1.1)

де – напруга зовнішнього оберненого зміщення; – напруга оберненого зміщення, при якому наступає пробій фотодіода (зазвичай ~ 100 В); - число в діапазоні від 3 до 6.

ЛФД мають високу швидкодію, проте випадкова природа лавинного струму створює значний шум. На відміну від корисного сигналу, який збільшується пропорційно , шум підсилюється швидше (~ ). Внаслідок цього оптимальне значення здебільшого лежить у межах від 30 до 100.

При виборі фотоприймача для ВОЛЗ необхідно керуватися наступними міркуваннями. При мінімальній потужності випромінювання, яке може прийняти фотоприймач, коефіцієнт помилок не повинен перевищувати значення, яке вимагається. ЛФД у цьому сенсі мають певні переваги перед P-I-N-діодами. Проте у них є й певні недоліки.

Головним недоліком ЛФД є більш висока робоча напруга живлення порівняно з P-I-N-діодами. Окрім цього, для ЛФД спостерігається достатньо сильна залежність коефіцієнта від температури. Це вимагає використання спеціальних електричних кіл живлення і схем термостабілізації.