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.