Фотоприемные устройства на основе лавинных фотодиодов
Опыт применения фотоэлектронных умножителей в импульсных приемных системах подсказывает, что задачу улучшения порогового потока широкополосных фотоприемных устройств импульсных дальномеров можно решить благодаря применению фотодиодов с внутренним усилением, а именно лавинных фотодиодов.
В обычном фотодиоде при попадании одного фотона в активной области возникает одна электронно-дырочная пара. Неосновные носители либо рекомбинируют, либо протекают через p—n-переход, создавая фототок. В ЛФД носители, проходящие через p—n-переход, приобретают в сильном поле перехода энергию, достаточную для ударной ионизации атомов решетки, и создают дополнительные электронно-дырочные пары, что приводит к увеличению суммарного тока по сравнению с током, входящим в слой объемного заряда p—n-перехода. Так же как и в фотоэлектронных умножителях, степень увеличения фототока в лавинном процессе характеризуется коэффициентом умножения носителей М. При этом коэффициент М сильно зависит от напряжения питания лавинного фотодиода, что накладывает жесткие требования к схеме стабилизации этого напряжения. Кроме того, при применении лавинных фотодиодов требуется термостабилизация (не охлаждение!) схемы питания и управления.
В современных лавинных фотодиодах коэффициент внутреннего усиления может достигать значения 100. Ввиду недетерминированного процесса лавинного увеличения количества электронов для создания фототока возникает генерация избыточно шума.
В лавинных фотодиодах существуют два типа основных шумов: собственный внутренний и дополнительный избыточный, вызванный нестабильностью лавинного пробоя.
Собственный внутренний шум фототока является результатом дробового эффекта в первичном токе, усиленного умножением, и спонтанных флуктуаций коэффициента умножения.
Причиной второго источника шума является неоднородность лавинного пробоя. Поскольку в лавинных фотодиодах шум усиливается интенсивнее, чем сигнал, собственный порог чувствительности лавинного фотодиода хуже, чем у фотодиода в нелавинном режиме. Однако при применении таких фотодиодов в фотоприемных устройствах значительно улучшается чувствительность при приеме слабых световых сигналов. Кроме того, выходной сигнал лавинного фотодиода не требует сверхнизкошумящего внешнего усилителя с большим коэффициентом усиления.
В силу сложной схемотехники и высокого технологического уровня производства лавинные фотодиоды выпускаются, как правило, в составе фотоприемных устройств. Одним из лучших фотоприемных устройств отечественного производства можно назвать устройства на основе кремниевого лавинного фотодиода, представляющее собой интегральную сборку вместе с усилителем, пороговым устройством и преобразователем напряжения производства НИИ «Полюс».
В ассортименте компании «Лазерные компоненты» есть высококачественные лавинные фотодиоды, которые также могут послужить отличным решением для создания готовых фотоприемных устройств.
