ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΦΩΤΟΣΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΕ ΜΕ

ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΧΙΟΝΟΣΤΙΒΑΔΑΣΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΧΙΟΝΟΣΤΙΒΑΔΑΣ

AVALANCHE PHOTODIODE AVALANCHE PHOTODIODE ((APD)APD)

Χαμηλή Ενεργειακή στάθμηΧαμηλή Ενεργειακή στάθμη

Υψηλή Ενεργειακή στάθμηΥψηλή Ενεργειακή στάθμη

ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΚΑΙ ΚΑΙ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ AVALANCHEAVALANCHE

φώςφώς

Απορρόφηση φωτεινής ενέργειαςΑπορρόφηση φωτεινής ενέργειας

Μετάβαση Ηλεκτρονίων Μετάβαση Ηλεκτρονίων

σε υψηλότερες ενεργειακές σε υψηλότερες ενεργειακές στάθμεςστάθμες

Φαινόμενο χιονοστιβάδας Φαινόμενο χιονοστιβάδας ((Avalanche)Avalanche)

Πολλαπλασιασμός Ελέυθερων Πολλαπλασιασμός Ελέυθερων ΗλεκτρονίωνΗλεκτρονίων

ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣΕΝΙΣΧΥΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ

ΒΑΣΙΚΗ ΔΟΜΗ ΒΑΣΙΚΗ ΔΟΜΗ AVALANCHEAVALANCHE ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ

(Silicon APD 800nm)(Silicon APD 800nm)

ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ “I - V”“I - V” AVALANCHE AVALANCHE ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ

ΠεριοχήΠεριοχήAvalancheAvalanche

Καθώς αυξάνεται η ανάστροφη πόλωση Καθώς αυξάνεται η ανάστροφη πόλωση (V(VBB) ) Το ρεύμα Το ρεύμα IIOO παραμένει παραμένει

σταθερόσταθερό Στην περιοχή Στην περιοχή Avalanche Avalanche το ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο δίνει το ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο δίνει αρκετή «αρκετή «Κινητική ΕνέργειαΚινητική Ενέργεια» στα διεγερθέντα ηλεκτρόνια » στα διεγερθέντα ηλεκτρόνια προκαλούν προκαλούν ΙΟΝΙΣΜΟΙΟΝΙΣΜΟ στα άτομα του ημιαγωγού στα άτομα του ημιαγωγού ΠολλαπλασιασμόςΠολλαπλασιασμός των των

ηλεκτρονίωνηλεκτρονίων Multiplication Factor = Multiplication Factor = MM

ΥΨΗΛΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟΥΨΗΛΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ AVALANCHEAVALANCHE

VVBB > 100 εως 1000 > 100 εως 1000 VoltsVolts

Εσωτερικός φωτοηλεκτρονικός μηχανισμός Εσωτερικός φωτοηλεκτρονικός μηχανισμός «κέρδους»«κέρδους» M M ( 10 – 500 ) ( 10 – 500 ) Το φαινόμενο Το φαινόμενο Avalanche Avalanche δεν προκαλεί καταστροφή δεν προκαλεί καταστροφή του ημιαγωγούτου ημιαγωγού Η αναπτυσσόμενη θερμοκρασία απο το μεγάλο ρεύμα Η αναπτυσσόμενη θερμοκρασία απο το μεγάλο ρεύμα όμως μπορεί να προκαλεσει καταστροφήόμως μπορεί να προκαλεσει καταστροφή

ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ

ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ AVALANCHEAVALANCHE

IIPP

IP = M R0(λ) P

ΙΙPP = = Συνολικό «πολλαπλασιασμένο» ΦωτορεύμαΣυνολικό «πολλαπλασιασμένο» Φωτορεύμα

MM = Συντελεστής πολλαπλασιασμού ( = Συντελεστής πολλαπλασιασμού (Multiplication factor)Multiplication factor) RR00 ( (λ) = λ) = Responsivity Responsivity της διόδου με Μ = 1 (απλή δίοδος της διόδου με Μ = 1 (απλή δίοδος pin)pin)

P = P = Προσπίπτουσα Οπτική ισχύςΠροσπίπτουσα Οπτική ισχύς

Αρχικός τύπος Αρχικός τύπος απο απο pinpin

Τύπος Τύπος APDAPD

ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΟΥ «Μ» ΜΕ ΤΗΝ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΠΟΛΩΣΗΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΟΥ «Μ» ΜΕ ΤΗΝ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΠΟΛΩΣΗ(ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ για (ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ για Silicon APD’sSilicon APD’s))

ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΗΣ ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΗΣ RESPONSIVITY RESPONSIVITY ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ λλ(για δύο τιμές του Μ (για δύο τιμές του Μ & για & για Silicon APD’sSilicon APD’s))

IP = M R0(λ) PΤύπος Τύπος APDAPD

ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΟΥ ΜΜ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ λλ(για δεδομένη (για δεδομένη VVBB & για & για Silicon APD’sSilicon APD’s))

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ

ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ

ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ APD APD

V+

RL

M*IP

M*VO

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΠΟΛΩΣΗ ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΠΟΛΩΣΗ ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ APDAPD

Ανάστροφη πόλωση Φωτοδιόδου με Ανάστροφη πόλωση Φωτοδιόδου με υψηλή θετική τάση υψηλή θετική τάση V+ (100 – 1000 V+ (100 – 1000 Volts)Volts)

Σε σειρά αντίσταση φορτίου Σε σειρά αντίσταση φορτίου RRLL

Ροή Ροή πολλαπλασιασμένου πολλαπλασιασμένου φωτορεύματος φωτορεύματος M*IM*IPP

Ενισχυμένη Τάση εξόδου Ενισχυμένη Τάση εξόδου M*M* VVO O

ανάλογη του προσπίπτοντος φωτός ανάλογη του προσπίπτοντος φωτός

((M*IM*IPP RRLL))

ΙΣΟΔΥΝΑΜΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ ΙΣΟΔΥΝΑΜΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ APDAPD

IId d = Dark Current= Dark Current * * MM CCJJ = = Χωρητικότητα επαφής Χωρητικότητα επαφής

RRSHSH = = Αντίσταση φωτοδιόδου εν παραλλήλωΑντίσταση φωτοδιόδου εν παραλλήλω

RRSS = = Αντίσταση φωτοδιόδου σε σειράΑντίσταση φωτοδιόδου σε σειρά

IIph ph = = Φωτορεύμα Φωτορεύμα * * MM

IIοο = = Συνολικό ρεύμα Συνολικό ρεύμα * * MM RRL L = = Αντίσταση φορτίουΑντίσταση φορτίου

((** M) M)

ΣΚΟΤΕΙΝΟ ΡΕΥΜΑ (ΣΚΟΤΕΙΝΟ ΡΕΥΜΑ (IIDD)) & ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΠΟΛΩΣΗ& ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΠΟΛΩΣΗ

ΣΚΟΤΕΙΝΟ ΡΕΥΜΑ & ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΠΟΛΩΣΗΣΚΟΤΕΙΝΟ ΡΕΥΜΑ & ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΠΟΛΩΣΗ(για διαφορετικές ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ)(για διαφορετικές ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ)

ΘΟΡΥΒΟΣΘΟΡΥΒΟΣ (noise)(noise)

ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ APDAPD

ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΠΗΓΩΝ ΘΟΡΥΒΟΥ ΣΤΗΝ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΠΗΓΩΝ ΘΟΡΥΒΟΥ ΣΤΗΝ APDAPD M optM opt

Thermal

Shot

Total

Πολλαπλασιάζεται Πολλαπλασιάζεται ** M M

ΣταθερόςΣταθερός

Κυριαρχία Thermal Κυριαρχία Shot

ΚΥΡΙΑΡΧΙΑΚΥΡΙΑΡΧΙΑ ΤΟΥ ΘΟΡΥΒΟΥ ΤΟΥ ΘΟΡΥΒΟΥ SHOT SHOT ((για Μ > Μ για Μ > Μ opt)opt)

EXCESS NOISE FACTOR EXCESS NOISE FACTOR F F

Επιπλέον θόρυβοςΕπιπλέον θόρυβος λόγω της «στατιστικής» φύσης λόγω της «στατιστικής» φύσης του φαινομένου του φαινομένου Avalanche Avalanche Εξαρτάται απο το Μ Εξαρτάται απο το Μ

EXCESS NOISE FACTOR EXCESS NOISE FACTOR FFΤύπος Τύπος MacIntyreMacIntyre & & Πίνακας με παραμέτρους Πίνακας με παραμέτρους k, X, Fk, X, F

ήή

ΧΡΟΝΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ ΧΡΟΝΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ APDAPD

ΠΩΣ ΑΛΛΑΖΕΙ Η ΠΩΣ ΑΛΛΑΖΕΙ Η ffcc ΜΕ ΤΗΝ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΜΕ ΤΗΝ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ

ΤΑΣΗ ΤΑΣΗ “V” “V” ΚΑΙ ΤΟ ΚΕΡΔΟΣ ΚΑΙ ΤΟ ΚΕΡΔΟΣ “M”“M”

ΤΟ ΓΙΝΟΜΕΝΟ ΤΟ ΓΙΝΟΜΕΝΟ “GAIN * BANDWIDTH”“GAIN * BANDWIDTH”

Σε υψηλής ταχύτητας Σε υψηλής ταχύτητας InGaAs/Si APD InGaAs/Si APD near-infrared (1.0 to 1.6 µm) near-infrared (1.0 to 1.6 µm) ((High-Gain, High-Speed, Near-Infrared Avalanche PhotodiodeHigh-Gain, High-Speed, Near-Infrared Avalanche Photodiode))

 Parameter

 

PIN Photodiodes

APDs

Construction Materials

 Si, Ge, InGaAs Si, Ge, InGaAs

Bandwidth 

DC to 40+ GHz DC to 40+ GHz

Wavelength 

0.6 to 1.8 µm 0.6 to 1.8 µm

Conversion Efficiency

0.5 to 1.0 Amps/Watt

0.5 to 100 Amps/Watt

Support Circuitry Required

NoneHigh Voltage, Temperature Stabilization

Cost (Fiber Ready)

 $1 to $500 $100 to $2,000

ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΣΥΓΚΡΙΣΗ APDAPD ΜΕ ΜΕ pinpin