雪崩光電二極體(Avalanche Photodiode, APD)是一種利用雪崩效應放大光信號的光電二極體,它具有高靈敏度、低噪聲、快速響應等特性,在光檢測領域中有著廣泛的應用前景。
APD屬於光電探測器的一種,它可以檢測入射的光信號,並通過雪崩倍增效應放大轉換為電信號輸出。與傳統光電二極管相比,APD可以提供更高的增益與靈敏度。
在APD中,入射光信號打在光敏面上會產生光生載流子,這些載流子會在強電場的作用下加速,並與晶體結構中的其他載流子發生碰撞,每次碰撞都會產生更多載流子,形成一個雪崩式的放大效應,最終轉化為放大後的電信號輸出。
APD因其高靈敏度、低噪聲、快速響應等特性,在光通信、光雷達、光學傳感等領域有廣泛應用。例如在自動駕駛汽車中,APD用於汽車的光通信系統與LiDAR系統,可以提高感測精度和安全性。
APD是光電檢測領域一個重要的技術選擇。隨著材料科學與器件工藝的發展,APD在各種尖端技術與應用中都有很大的潛力。
圖01 APD雪崩光電二極體的照片． (Source: ams Technologies)
圖02 APD的結構圖．一般的雪崩光電二極體的結構類似於PIN光電二極體，由兩個重摻雜（p+ 和 n+ 區）和兩個輕摻雜（I 區或本徵區和P區）區域組成。與PIN光電二極體相比，APD中本徵區耗盡層的寬度相對較薄，p+區就像陽極，n+區就像陰極。反向偏壓主要應用於pn+區域。
圖03 APD的工作原理01施加反向偏置條件，p+ 區域連接到負極端子，n+ 區域連接到電池的正極端子。(需要改畫)．在本徵區吸收光子產生電子電洞對，被電場驅動到pn+區，因為高電場，造成雪崩電荷倍增效應．