Лавинные фотодиоды
ЛАВИННЫЙ ФОТОДИОД - часть 2
Отношение коэффициентов ионизации электронов и дырок К=ап/ар в кремнии зависит от напряженности электрического поля, изменяясь примерно от 0,1 при E= 3 • 10s В/см до 0,5 при E=6-105 В/см. Поэтому для получения минимальных шумов желательно низкое значение напряженности электрического поля лавинного пробоя.
В германии коэффициент ионизации электронов и дырок сравнимы, K= 1 и среднеквадратичный дробовой шумовой ток изменяется по закону М3. Поэтому германиевые ЛФД обладают худшей обнаружительной способностью и меньшей D*, чем аналогичные диоды из кремния.
Наибольшее различие в коэффициентах ионизации и минимальное К достигается в таких материалах, в которых значение спин-орбитального расщепления валентной зоны Dco примерно равно или немного меньше ширины запрещенной зоны E8. Это условие реализуется, в частности, в твердом растворе AlxGa1-xSb. В лавинных фотодиодах на основе этого материала при М=100 шум-фактор увеличивается всего в 3 раза. Аналогичная ситуация может быть реализована и в некоторых других полупроводниковых твердых растворах, а также в структурах на основе сверхрешеток.
Для получения максимального отношения сигнал/шум в лавинном фотодиоде необходимо подбирать оптимальную величину напряжения обратного смещения, регулируя тем самым коэффициент умножения М. Поясним это с помощью рис. 11.19, где в двойном логарифмическом масштабе представлены зависимости мощности сигнала и мощности различных видов шумов от коэффициента лавинного умножения М. Мощность полезного сигнала растет пропорционально М2 (поскольку Р~Р). При небольших значениях М дробовой шум лавинного умножения обычно меньше теплового шума, величина которого остается постоянной. Поэтому увеличение М приводит к росту отношения сигнал/шум до той поры, пока дробовой шум не превысит тепловой. Оптимальный коэффициент умножения Мот_, при котором отношение сигнал/шум максимально, достигается тогда, когда дробовой шум примерно в два раза превысит тепловой (рис. 11.19). На практике оптимальный коэффициент лавинного умножения Мопт подбирают регулировкой напряжения смещения. Для разных фотодиодов эта величина колеблется от 10 до 150 В.
