精品文档雪崩光电二极管工作特性及等效电路模型一．工作特性雪崩光电二极管为具有内增益的一种光生伏特器件，它利用光生载流子在强电场内的定向运动产生雪崩效应，以获得光电流的增益。在雪崩过程中，光生载流子在强电场的作用下进行高速定向运动，具很高动能的光生电子或空穴与晶格院子碰撞，使晶格原子电离产生二次电子---空穴对；二次电子---空穴对在电场的作用下获得足够的动能，又是晶格原子电离产生新的电子空穴对，此过程像“雪崩”似的继续下去。电离产生的载流子数远大于光激发产生的光生载流子，这时雪崩光电二极管的输出电流迅速增加，其电流倍增系数定义为：M 二 I/10式中 I 为倍增输出电流，I 为倍增前的输出电流。0雪崩倍增系数 M 与碰撞电离率有密切关系，碰撞电离率表示一个载流子在电场作用下，漂移单位距离所产生的电子----空穴对数目。实际上电子电离率 a 和空穴电离率 a 是np不完全一样的，他们都与电场强度有密切关系。由实验确定，电离率 a与电场强度 EJ 近似有以下关系：ba=Ae-(E)m式中，A，b，m 都为与材料有关的系数。假定 a 二 a 二 a，可以推出npM=1-JXDadx0式中，XD为耗尽层的宽度。上式表明，当JXDadx—》10时，Mg。因此称上式为发生雪崩击穿的条件。其物理意义是：在电场作用下，当通过耗尽区的每个载流子平均能产生一对电子空穴对，就发生雪崩击穿现象。当Mfg 时，PN 结上所加的反向偏压就是雪崩击穿电压 U.BR实验发现，在反向偏压略低于击穿电压时，也会发生雪崩倍增现象，不过这时的 M值较小，M 随反向偏压 U 的变化可用经验公式近似表示为11-(UU)n'BR式中，指数 n 与 PN 结得结构有关。对 N+P 结，n 沁 2；对 P+N 结，n 沁 4。由上式可见,当 UfU 时，Mfg，PN 结将发生击穿。BR适当调节雪崩光电二极管的工作偏压，便可得到较大的倍增系数。目前，雪崩光电二为分析方便采用图所示的一维结构并假定精品文档精品文档极管的偏压分为低压和高压两种，低压在几十伏左右，高压达几百伏。雪崩光电二极管的倍增系数可达几百倍，甚至数千倍。雪崩光电二极管暗电流和光电流与偏置电压的关系曲线如图所示。从图中可看到，当工作偏压增加时，输出亮电流（即光电流和暗电流之和）按指数显示增加。当在偏压较低时，不产生雪崩过程，即无光电流倍增。所以，当光脉冲信号入射后，产生的光电流脉冲信号很小（如 A 点波形）。当反向偏压升至 B 点时，光电流便产生雪崩倍增效应，这时...
