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Lawinenphotodiode

Lawinenphotodiode

Lawinenphotodioden können in einer Reihe von Anwendungen verwendet werden, um eine Leistung bereitzustellen, die andere Arten von Fotodioden möglicherweise erreichen können.

Wie der Name schon sagt, verwendet die Lawinenphotodiode den Lawinenprozess, um zusätzliche Leistung bereitzustellen, obwohl der Lawinenprozess einige Nachteile aufweist.

Angesichts der Vor- und Nachteile werden Lawinenphotodioden in einer Reihe von Nischenanwendungen eingesetzt, bei denen ihre Eigenschaften es ihnen ermöglichen, die möglicherweise erforderliche zusätzliche Empfindlichkeit bereitzustellen.

Grundlagen der Lawinenphotodiode

Die Lawinenphotodiode besitzt eine ähnliche Struktur wie die PN- oder PIN-Fotodiode. Eine Lawinendiodenstruktur ähnlich der einer Schottky-Fotodiode kann ebenfalls verwendet werden, aber die Verwendung dieser Version ist viel seltener.

Der Hauptunterschied der Lawinenphotodiode zu anderen Formen von Fotodioden besteht darin, dass sie unter einer Bedingung mit hoher Sperrvorspannung arbeitet. Dies ermöglicht eine Lawinenvervielfachung der durch den Photonen / Licht-Aufprall erzeugten Löcher und Elektronen.

Wenn ein Photon in den Verarmungsbereich eintritt und ein Lochelektronenpaar erzeugt, werden diese Ladungsträger durch das sehr hohe elektrische Feld voneinander weggezogen. Ihre Geschwindigkeit steigt so stark an, dass sie bei einer Kollision mit dem Gitter weitere Lochelektronenpaare erzeugen und sich der Vorgang wiederholt.

Durch die Lawinenwirkung kann die Verstärkung der Diode um ein Vielfaches erhöht werden, wodurch eine sehr viel höhere Empfindlichkeit erzielt wird.

Bedingungen der Lawinenphotodiodenschaltung

Lawinenphotodioden erfordern für ihren Betrieb eine hohe Sperrvorspannung. Für Silizium liegt dieser typischerweise zwischen 100 und 200 Volt. Bei diesem Grad der Sperrvorspannung sehen sie aufgrund des Lawineneffekts einen Stromverstärkungseffekt von etwa 100.

Einige Dioden, die spezielle Herstellungsverfahren verwenden, ermöglichen viel höhere Vorspannungen von bis zu 1500 Volt. Da sich herausstellt, dass die Verstärkungspegel ansteigen, wenn höhere Spannungen angelegt werden, kann die Verstärkung dieser Lawinendioden in der Größenordnung von 1000 ansteigen. Dies kann einen deutlichen Vorteil bieten, wenn die Empfindlichkeit von größter Bedeutung ist, dies geht jedoch offensichtlich zu Lasten von Alle zusätzlichen Schaltkreise und Sicherheitsmerkmale, die für die sehr hohen Spannungen erforderlich sind.

Vor- und Nachteile der Lawinenphotodiode

Lawinenphotodioden besitzen eine Reihe von Vor- und Nachteilen. Diese können bei der Auswahl eines geeigneten Fotodetektorgeräts berücksichtigt werden.

Vorteile der Lawinenphotodiode

  • Hohe Empfindlichkeit durch Lawinengewinn

Nachteile der Lawinenphotodiode:

  • Möglicherweise ist eine viel höhere Betriebsspannung erforderlich.
  • Eine Lawinenphotodiode erzeugt ein viel höheres Rauschen als eine PN-Fotodiode
  • Lawinenprozess bedeutet, dass die Ausgabe nicht linear ist

Die Lawinenphotodioden sind nicht so weit verbreitet wie ihre PIN-Gegenstücke. Sie werden hauptsächlich dort eingesetzt, wo die Verstärkung von größter Bedeutung ist, da sie aufgrund der erforderlichen hohen Spannungen in Verbindung mit einer geringeren Zuverlässigkeit häufig weniger bequem zu verwenden sind.


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