Параметры лавинных диодов гост: ГОСТ 17465-80 Диоды полупроводниковые. Основные параметры

ГОСТ 17465-80

ГОСТ 17465-80

Группа Э02

Дата введения 1982-01-01

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 28 августа 1980 г. N 4471 срок введения установлен с 01.01 1982 г.

ВЗАМЕН ГОСТ 16963-71 и ГОСТ 17465-72 в части пп.1-12, 16-22

1. Настоящий стандарт распространяется на вновь разрабатываемые и модернизируемые полупроводниковые диоды: выпрямительные (кроме диодов Шоттки), импульсные, стабилитроны (стабисторы), варикапы, диоды СВЧ, выпрямительные столбы и импульсные диодные матрицы (сборки).

Стандарт устанавливает ряды и допускаемые сочетания значений основных параметров, которые в табл.1-17 отмечены знаком «+».

Допускаемые сочетания, отмеченные знаком «» в табл.1-11, 15-17, предназначены для применения в устройствах специального назначения.

Приведенные в стандарте числовые значения параметров установлены для нормальных климатических условий по ГОСТ 16962-71.

Пояснения к терминам приведены в справочном приложении.

2. Основные параметры выпрямительных диодов

2.1. Допускаемые сочетания значений основных параметров выпрямительных диодов должны соответствовать указанным в табл.1.

Таблица 1

Постоянный прямой или средний прямой ток, А	Постоянное обратное напряжение, В
	100	200	400	600	800	1000	1500
0,10			+	+	+	+	+
0,30	+	+		+		+
0,50	+	+	+	+	+	+	+
0,70	+	+	+	+	+	+	+
1,00	+	+		+		+
3,00	+	+	+	+	+	+	+
5,00	+	+		+		+
7,00	+	+	+	+	+	+	+
10,00				+		+

2. 2 Значение предельной рабочей частоты должно выбираться из ряда: 1; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500 кГц.

2.3 Значение мощности импульсных перегрузок по обратному току для выпрямительных диодов должно выбираться из ряда: 200; 1000; 2000; 5000; 20000; 50000 Вт.

3. Основные параметры выпрямительных столбов

3.1. Допускаемые сочетания значений основных параметров выпрямительных столбов должны соответствовать указанным в табл.2.

Таблица 2

Постоянный прямой или средний прямой ток, мА	Импульсное обратное или постоянное обратное напряжение, кВ
	2	4	6	8	10	15	20
10	+	+		+		+
30	+	+	+	+	+	+	+
100		+		+		+
300	+	+	+	+	+	+	+
500		+		+		+
1000	+	+		+		+	+

3. 2. Максимальное значение частоты выпрямления выпрямительных столбов должно выбираться из ряда: 1; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500 кГц.

4. Основные параметры импульсных диодов

4.1. Допускаемые сочетания значений основных параметров импульсных диодов должны соответствовать указанным в табл.3.

Таблица 3

Средний прямой ток, мА	Время восстановления обратного coпротивления, нс
	0,20	0,50	1,00	4,00	10,00	40,00	100,00	400,00	1000,00
2		+	+	+	+	+	+	+	+
5	+	+	+	+	+	+	+	+	+
10		+	+	+	+	+	+	+	+
20	+	+	+	+	+	+	+	+	+
50			+	+	+	+	+	+	+
100	+	+	+	+	+	+	+	+	+
200		+	+	+	+	+	+	+	+
500	+	+	+	+	+	+	+	+	+

Примечание. Приборы с большим быстродействием характеризуются временем жизни неравновесных носителей заряда, которое выбирается из ряда: 0,01; 0,02; 0,05; 0,10 нс.

4.2. Значение постоянного обратного напряжения импульсных диодов должно выбираться из ряда: 3; 5; 10; 20; 30; 50; 100; 200 В.

5. Допускаемые сочетания значений основных параметров стабилитронов (стабисторов) общего назначения должны соответствовать указанным в табл.4.

Таблица 4

Допускаемая рассеиваемая мощность, Вт

Номинальное напряжение стабилизации, В

0,7

1,4

1,9

2,1

2,4

2,7

3,0

3,3

3,6

3,9

4,3

4,7

5,1

5,6

0,020

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

0,050

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

0,125

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

0,300

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

1,000

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

2,000

+

+

+

+

+

+

ГОСТ 17465-80 Диоды полупроводниковые. Основные параметры

ГОСТ 17465-80

Группа Э02

Дата введения 1982-01-01

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 28 августа 1980 г. N 4471 срок введения установлен с 01.01 1982 г.

ВЗАМЕН ГОСТ 16963-71 и ГОСТ 17465-72 в части пп.1-12, 16-22

1. Настоящий стандарт распространяется на вновь разрабатываемые и модернизируемые полупроводниковые диоды: выпрямительные (кроме диодов Шоттки), импульсные, стабилитроны (стабисторы), варикапы, диоды СВЧ, выпрямительные столбы и импульсные диодные матрицы (сборки).

Стандарт устанавливает ряды и допускаемые сочетания значений основных параметров, которые в табл.1-17 отмечены знаком «+».

Допускаемые сочетания, отмеченные знаком «» в табл.1-11, 15-17, предназначены для применения в устройствах специального назначения.

Приведенные в стандарте числовые значения параметров установлены для нормальных климатических условий по ГОСТ 16962-71.

Пояснения к терминам приведены в справочном приложении.

2. Основные параметры выпрямительных диодов

2.1. Допускаемые сочетания значений основных параметров выпрямительных диодов должны соответствовать указанным в табл.1.

Таблица 1

Постоянный прямой или средний прямой ток, А	Постоянное обратное напряжение, В
	100	200	400	600	800	1000	1500
0,10			+	+	+	+	+
0,30	+	+		+		+
0,50	+	+	+	+	+	+	+
0,70	+	+	+	+	+	+	+
1,00	+	+		+		+
3,00	+	+	+	+	+	+	+
5,00	+	+		+		+
7,00	+	+	+	+	+	+	+
10,00				+		+

2. 2 Значение предельной рабочей частоты должно выбираться из ряда: 1; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500 кГц.

2.3 Значение мощности импульсных перегрузок по обратному току для выпрямительных диодов должно выбираться из ряда: 200; 1000; 2000; 5000; 20000; 50000 Вт.

3. Основные параметры выпрямительных столбов

3.1. Допускаемые сочетания значений основных параметров выпрямительных столбов должны соответствовать указанным в табл.2.

Таблица 2

Постоянный прямой или средний прямой ток, мА	Импульсное обратное или постоянное обратное напряжение, кВ
	2	4	6	8	10	15	20
10	+	+		+		+
30	+	+	+	+	+	+	+
100		+		+		+

СЭЛТ » Диоды выпрямительные и лавинные на 10 А — 80 А

Диоды выпрямительные и лавинные на 10 А — 80 А

П А С П О Р Т

1  Общие сведения

1. 1  Диоды типов Д212, Д222, Д232, ДЛ212, ДЛ222, ДЛ232 штыревого исполнения с жестким выводом предназначены  для применения в электротехнической и радиоэлектронной аппаратуре общего назначения.

2  Основные технические данные

2.1  Структура условного обозначения диодов и лавинных диодов

2.2  Габаритные, установочные и присоединительные размеры и масса диодов

Тип диода	S*	D*max	H*max	H*1	D*	d*1	I	l1	a	a1	hmax	Масса, г не более
Д212-10, Д212-10Х, ДЛ212-10	11	12,7	18	11 -0,7	М5	1.8	4,0	4,1	2,2	1,9	1,6	6
Д222-25, Д222-25Х, ДЛ222-25	14	16,2	26	12 -0,7	М6	3,2	7,2	7,0	4,0	3,0	2,0	12
Д232-50, Д232-50Х ДЛ232-50 Д232-80, Д232-80Х ДЛ232-80	17	20	35	14-0,7	М8	4,3	10,0	9,0	5,0	4,0	2,5	23

3. Предельно – допустимые электрические параметры и характеристики диодов

Наименование параметра, единица измерения	Тип диода	Норма			Условия установления норм
		не менее		не более
1.Максимально допустимый средний прямой ток, А, Iпр	Д212-10, Д212-10Х				Температура корпуса (150±5) ºС
	ДЛ212-10	10±1			Температура корпуса (125±5) ºС
	Д222-25, Д222-25Х	25±2,5			Температура корпуса (150±5) ºС
	ДЛ222-25	25±2,5			Температура корпуса (125±5) ºС
	Д232-50, Д232-50Х	50			Температура корпуса (150±5) ºС
	ДЛ232-50	50			Температура корпуса (125±5) ºС
	Д232-80, Д232-80Х	80			Температура корпуса (150±5) ºС
	ДЛ232-80	80			Температура корпуса (125±5) ºС
2. Импульсное прямое напряжение, В, Iпр	Все типы			1,35	(25±10) ºС
3. Повторяющееся импульсное обратное напряжение, В, Uобр.	все типы диодов (Д)	см. табл раздел 4			Температура перехода (175±5) ºС
	все типы диодов лавинных (ДЛ)	см. табл раздел 5			(160±5) ºС
4. Пробивное напряжение, В, Uпроб.	все типы диодов лавинных	см. табл раздел 5
5. Повторяющийся импульсный обратный ток, мА, Iобр.	Д212-10 (10Х) Д222-25 (25Х) ДЛ212-10 ДЛ222-25		0,4		Температура перехода 25°С
	Д232-50 (50Х) Д232-80 (80Х) ДЛ232-50 ДЛ232-80		0,8
	Д212-10 (10Х) ДЛ212-10		4,0		Температура перехода диодов (Д) (175±5) ºС; Температура перехода диодов лавинных (ДЛ) (160±5) ºС;
	ДЛ212-10		3,0
	Д222-25 (25)		6,0
	ДЛ222-25		4,0
	Д232-50 (50Х) Д232-80 (80Х)		10,0
	ДЛ232-50 ДЛ232-80		8,0
6. Ударный прямой ток, А	Д212-10 (10Х) ДЛ212-10		250		Температура перехода диодов (Д) (175±5) ºС; Температура перехода диодов лавинных (ДЛ) (160±5) ºС;
	Д222-25 (25) ДЛ222-25		340
	Д232-50 (50Х) ДЛ232-50		1200
	Д232-80 (80Х) ДЛ232-80		1400
7. Тепловое сопротивление переход – корпус, Rпер.-корп., ºС/Вт	Д212-10(10Х) ДЛ212-10 Д222-25 (25Х) ДЛ222-25 Д232-50 (50Х) ДЛ232-50 Д232-80 (80Х) ДЛ232-80	2,5 2,7 1,25 1,1 0,63 0,55 0,4 0,35
8. Температура хранения, ºС	Все типы	минус 50 (для УХЛ минус 60)	50 (для исполнения Т 60)
9. Ударная обратная рассеиваемая мощность, кВт, Робр.,	ДЛ212-10 ДЛ222-25	—	1,5 2,0		Температура перехода (160±5) ºС
	ДЛ232-50 ДЛ232-80	—	3,8

ПРИМЕЧАНИЕ: Методы и условия измерения параметров по ГОСТ 24461-80.

4. Диоды подразделяются на классы в соответствие с таблицей 

Условное обозначение класса	Повторяющееся импульсное обратное напряжение, В	Неповторяющееся импульсное обратное напряжение, В	Импульсное рабочее обратное напряжение, В	Постоянное обратное напряжение, В
4 5 6 7 8 9 10 11 12	400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200	450 560 670 785 900 1010 1120 1235 1345	320 400 480 560 640 720 800 880 960	240 300 360 420 480 540 600 660 720

5. Диоды лавинные подразделяются на классы в соответствие с таблицей 

Условное обозначение класса	Повторяющееся импульсное обратное напряжение, В	Пробивное напряжение, В	Импульсное рабочее обратное напряжение, В	Постоянное обратное напряжение, В
4 5 6 7 8 9 10 11 12	400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200	500 630 750 880 1000 1130 1250 1380 1500	320 400 480 560 640 720 800 880 960	240 300 360 420 480 540 600 660 720

6. Указания по применению и эксплуатации

6.1. Монтаж диодов проводить таким образом, чтобы исключить механическое влияние токопроводящих проводов и крепежа на жесткий вывод.

6.2. При электрическом соединении пайкой максимально допустимая температура припоя должна быть не более (220±10)°С. Время пайки паяльником мощностью до 60 Вт не более 5 с без применения кислотных флюсов.

6.3. Диоды, предназначенные для параллельной работы, должны отбираться по значениям импульсного прямого напряжения с разбросом в партии не более 0,2 В.

6.4. Крутящий момент при монтаже для диодов Д212 не более 2,0 Нм, для диодов Д222, не более 2,5 Нм, для диодов Д232, не более 5,6 Нм.

7. Транспортирование и хранение

7.1. Транспортирование по ГОСТ  20859.1-89 и ГОСТ 15150-69.

7.2. Срок хранения в упаковке и консервации предприятия – изготовителя – 3 года.

8. Маркировка

8.1. Маркировка содержит следующие данные:

• товарный знак предприятия-изготовителя;
• условное обозначение прибора;
• класс прибора;
• климатическое исполнение и категорию размещения;
• максимально допустимый средний прямой ток;
• символ полярности;
• дату изготовления;
• диод или партия диодов;
• паспорт 1 экз. на партию диодов, поставляемых в один адрес.
• общее число рабочих часов;
• основные данные режима эксплуатации;
• причины снятия диода с эксплуатации;
• время хранения, если диод не был в эксплуатации;
• адрес.

9. Комплектность
 9.1. В комплект поставки входит:

9.2. Диоды поставляются без охладителей.

10. Свидетельство о приемке

Партия диодов ________________________   в количестве  ______ штук изготовлена
в соответствии с требованиями ТУ 16-95 ИДЖК.432.312.003 ТУ и признана годной к эксплуатации.

Дата  отгрузки           «____» ______________ 20__   г.

Начальник ОТК ____________________

Перепроверка проведена в соответствии с требованиями ТУ 16-95 ИДЖК.432.312.003 ТУ

Дата перепроверки    «____»  ______________ 20__   г.

Начальник ОТК ____________________

11. Гарантии изготовителя
11.1. Гарантии изготовителя по ГОСТ 20859. 1-89.11.2.

Гарантийный срок эксплуатации – два года со дня ввода прибора в эксплуатацию.

11.3. Суммарный срок хранения и эксплуатации в составе аппаратуры не должен превышать гарантийного срока эксплуатации.

11.4. Гарантийная наработка равна 10000 ч в пределах гарантийного срока эксплуатации.

12 Сведения о рекламациях
12.1. В случае преждевременного выхода из строя диода, его необходимо вернуть предприятию-изготовителю с указанием следующих сведений:

• общее число рабочих часов;
• основные данные режима эксплуатации;
• причины снятия диода с эксплуатации;
• время хранения, если диод не был в эксплуатации;
• адрес.

Лавинный диод — Конструкция и работа

Что такое лавинный диод?

An лавинный диод — это особый тип полупроводникового прибора. предназначен для работы в области обратного пробоя. Лавина диоды используются как предохранительные клапаны (тип клапана, используемый для контролировать давление в системе) для защиты электрических системы от повышенных напряжений.

Строительство лавинного диода

Лавина диоды обычно сделаны из кремния или другого полупроводника материалы. Конструкция лавинного диода аналогична стабилитрону. диод, но уровень легирования в лавинном диоде отличается от стабилитрона.

Стабилитроны сильно легированы. Следовательно, ширина обедненной области в стабилитроне очень тонкий.Из-за этого тонкого истощения слой или область, обратный пробой происходит при более низких напряжениях в стабилитроне.

Вкл. с другой стороны, лавинные диоды слабо легированы. Следовательно, ширина обедненного слоя в лавинном диоде очень велика по сравнению с стабилитроном. Из-за этого широкого истощения области обратный пробой происходит при более высоких напряжениях в лавинный диод.Напряжение пробоя лавинного диода составляет тщательно установить, контролируя уровень допинга во время производство.

Символ лавинного диода

символ лавины и стабилитрона одинаковый. Лавинный диод состоит из двух выводов: анода и катода. Символ Лавинный диод показан на рисунке ниже.

символ лавинного диода похож на обычный диод, но с краями загиба на вертикальной планке.

Как лавинный диод работает?

А нормальный п-п переходной диод пропускает электрический ток только вперед направление, тогда как лавинный диод пропускает электрический ток как в прямом, так и в обратном направлении. Однако лавина диод специально разработан для работы с обратным смещением состояние.

Лавина диод пропускает электрический ток в обратном направлении, когда Напряжение обратного смещения превышает напряжение пробоя.Точка или напряжение, при котором электрический ток внезапно увеличивается, равно называется напряжением пробоя.

Когда напряжение обратного смещения, приложенное к лавинному диоду превышает напряжение пробоя, переход происходит поломка. Этот пробой соединения называется лавинный пробой.

Когда на лавинный диод подается напряжение прямого смещения, работает как обычный диод с p-n переходом, позволяя электрическому ток через него.

Когда на лавинный диод подается напряжение обратного смещения, свободный электроны (основные носители) в n-типе полупроводник и отверстия (мажоритарные носители) в р-типе полупроводники отодвигаются от перехода. Как в результате ширина обедненной области увеличивается. Следовательно, большинство перевозчиков не будут проводить электрический ток.Однако неосновные носители (свободные электроны p-типа и отверстия в n-типе) испытывают силу отталкивания от внешних вольтаж.

как в результате неосновные носители перетекают из p-типа в n-тип и n-типа в p-тип, проводя электрический ток. Тем не мение, электрический ток, переносимый неосновными носителями, очень мал. Этот небольшой электрический ток, переносимый неосновными носителями, равен называется током обратной утечки.

Если напряжение обратного смещения, приложенное к лавинному диоду, равно при дальнейшем увеличении неосновные носители (свободные электроны или дырки) получат большое количество энергии и разогнался до больших скоростей.

свободные электроны, движущиеся с высокой скоростью, будут сталкиваться с атомами и передать свою энергию валентности электроны.

электронов, которые получают достаточно энергии от высокоскоростные электроны будут оторваны от родительского атома и становятся свободными электронами. Эти свободные электроны снова ускоряются. когда эти свободные электроны снова сталкиваются с другими атомами, они выбить больше электронов.

Потому что этого непрерывного столкновения с атомами, большое количество неосновные носители (свободные электроны или дырки) генерируются.Это большое количество свободных электронов переносит избыточный ток в диод.

Когда то обратное напряжение, приложенное к лавинному диоду непрерывно увеличивается, в какой-то момент обрыв стыка или сход лавины происходит поломка. В этот момент небольшое увеличение напряжения внезапно увеличивает электрический ток. Это внезапное увеличение электрического тока может навсегда разрушить нормальный диод p-n перехода.Однако лавинные диоды не могут быть уничтоженными, потому что они тщательно спроектированы для работы в район схода лавины.

сломать Напряжение лавинного диода зависит от плотности легирования. Увеличение плотности легирования уменьшит пробой напряжение лавинного диода.

Приложения лавинных диодов

• Лавина диоды могут использоваться как генераторы белого шума.
• Лавина диоды используются в схемах защиты.

Типы диодов

различные типы диодов следующие:

1. стабилитрон диод
2. Лавинный диод
3. Фотодиод
4. Свет Излучающий диод
5. Лазер диод
6. Туннель диод
7. Шоттки диод
8. Варактор диод
9. P-N переходной диод

RP Photonics Encyclopedia — лавинные фотодиоды, APD, счет фотонов, режим Гейгера, умножение, фотодетектор

Энциклопедия> буква A> лавинные фотодиоды

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics. Среди них:

Найдите более подробную информацию о поставщиках в конце этой статьи энциклопедии или посетите наш

Вас еще нет в списке? Получите свою заявку!

Акроним: APD; SPAD = однофотонный лавинный диод

Определение: фотодиоды с внутренним усилением сигнала за счет лавинного процесса

Более общий термин: фотодиоды

Немецкий язык: Avalanche-Photodioden, Lawinen-Photodioden

Категории: фотонные устройства, обнаружение и определение характеристик света, оптоэлектроника, оптическая метрология

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: Dr.Rüdiger Paschotta

Лавинный фотодиод — это фотодетектор на основе полупроводника (фотодиод), который работает с относительно высоким обратным напряжением (обычно десятки или даже сотни вольт), иногда чуть ниже уровня пробоя. В этом режиме носители (электроны и дырки), возбужденные поглощенными фотонами, сильно ускоряются в сильном внутреннем электрическом поле, так что они могут генерировать вторичные носители. Лавинный процесс, который может происходить на расстоянии, например, всего несколько микрометров, эффективно усиливает фототок в значительном количестве, хотя и не в такой степени, как в фотоумножителе.Следовательно, лавинные фотодиоды могут использоваться для очень чувствительных детекторов, которые требуют меньшего усиления электронного сигнала и, следовательно, менее восприимчивы к электронному шуму.

Типичные области применения лавинных фотодиодов включают приемники в оптоволоконной связи, дальномере, формировании изображений, высокоскоростных лазерных сканерах, лазерной микроскопии и рефлектометрах во временной области (OTDR).

Ответственность

Рисунок 1: Лавинные фотодиоды. Источник: Excelitas Technologies.

Процесс усиления тока сильно увеличивает чувствительность ЛФД.Однако обратите внимание, что коэффициент усиления и, следовательно, чувствительность сильно зависят от обратного напряжения и также могут существенно различаться от устройства к устройству. Поэтому принято указывать определенный диапазон напряжений, в котором все устройства достигают определенной чувствительности. Для точных измерений низкой мощности света лавинные диоды вряд ли подходят, поскольку их чувствительность не так хорошо определена, как, например, у p – i – n-диодов.

Квантовая эффективность

Несмотря на высокую чувствительность, квантовая эффективность ЛФД не обязательно высока — определенно ниже 100% и, возможно, ниже, чем у других фотодиодов.Это означает, что некоторые падающие фотоны не вносят вклад в фототок, хотя другие фотоны вносят очень большой вклад, вызывая лавину электронов.

Материалы и диапазоны длин волн

Лавинные фотодиоды на основе кремния чувствительны в диапазоне длин волн от ≈ 450 до 1000 нм (иногда до 1100 нм), при этом максимальная чувствительность наблюдается в районе 600–800 нм, т. Е. На несколько более коротких длинах волн, чем у кремниевых p – i– n диодов. В зависимости от устройства и приложенного обратного напряжения коэффициент умножения (также называемый коэффициентом усиления и ) кремниевых ЛФД может варьироваться от 50 до 1000. Для более длинных волн, примерно до 1,7 мкм, используются ЛФД на основе германия или арсенида индия-галлия (InGaAs). Они имеют более низкий коэффициент умножения тока от 10 до 40. ЛФД InGaAs значительно дороже, чем ЛФД на основе германия, но обладают более высокими шумовыми характеристиками и более высокой полосой обнаружения. Их высокий коэффициент поглощения позволяет использовать довольно тонкий поглощающий слой. Другой возможностью является использование устройств германий / кремний (GeSi), в которых излучение поглощается германием, а носители переносятся в область кремния для умножения заряда [10, 14].

Менее распространенными полупроводниковыми материалами для ЛФД являются нитрид галлия (GaN) для ультрафиолетового света и HgCdTe для среднего инфракрасного диапазона вплоть до длины волны ≈14 мкм (используется в криогенных условиях).

Пропускная способность обнаружения

Полоса пропускания обнаружения, достигаемая с помощью лавинных диодов, может быть довольно высокой, хотя между полосой пропускания и коэффициентом усиления неизбежен компромисс. С другой стороны, повышенная чувствительность позволяет работать с меньшим шунтирующим резистором, чем можно использовать с обычным фотодиодом, и этот эффект может компенсировать возможный недостаток скорости лавинного диода.

Шум обнаружения

Высокая чувствительность ЛФД может помочь снизить шум обнаружения, поскольку он значительно снижает влияние электронного шума в используемом впоследствии предварительном усилителе фотодиода. Следовательно, шумовые характеристики фотоприемников с ЛФД могут быть лучше, чем у устройств с обычными p – i – n-фотодиодами, когда электронный шум является ограничивающим фактором.

С другой стороны, сам лавинный процесс подвержен квантовому шуму и шуму усиления, которые могут нивелировать упомянутое преимущество.Избыточный шум из-за этих эффектов количественно оценивается с помощью коэффициента избыточного шума F ; это фактор, на который увеличивается мощность электронного шума по сравнению с мощностью идеального фотодетектора. Величина избыточного шума зависит от многих факторов: величины обратного напряжения, свойств материала (в частности, коэффициента ионизации κ) и конструкции устройства. Коэффициент избыточного шума увеличивается с увеличением коэффициента усиления, как и при увеличении обратного напряжения.Поэтому обратное напряжение часто выбирают таким образом, чтобы шум умножения приблизительно равнялся шуму электронного усилителя, поскольку эта настройка минимизирует общий шум.

Режим Гейгера для счета одиночных фотонов

При работе в так называемом режиме Гейгера с тщательно спроектированной электроникой лавинные фотодиоды могут использоваться даже для счета одиночных фотонов со скоростью счета в темноте значительно ниже 1 кГц и с квантовой эффективностью в несколько десятков процентов, иногда даже намного выше. 50%.Режим Гейгера означает, что диод работает немного выше порогового напряжения пробоя, когда одиночная электронно-дырочная пара (генерируемая за счет поглощения фотона или тепловых флуктуаций) может вызвать сильную лавину. В случае такого события электронная схема гашения снижает напряжение на диоде ниже порогового значения на короткое время, так что лавина останавливается, и детектор готов к обнаружению дальнейших фотонов после некоторого времени восстановления, например 100 нс.Это мертвое время составляет существенное ограничение этой технологии. Он ограничивает скорость счета порядка 10 МГц, тогда как лавинный диод в линейном режиме (то есть работает с более низким обратным напряжением) может работать с полосой пропускания в несколько гигагерц. Так что такие устройства имеют ограниченную квантовую эффективность, т.е. не каждый падающий фотон может вызвать лавину.

ЛФД с подсчетом фотонов также называют SPAD = однофотонных лавинных диода . Оптимизированные для высокой квантовой эффективности, они могут использоваться в экспериментах по квантовой оптике (например, для квантовой криптографии) и в некоторых из упомянутых выше приложений, если требуется чрезвычайно высокая чувствительность. SPAD с оптимизированной электроникой усилителя также доступны в интегрированной форме CMOS, даже в виде больших матриц фотодиодов, например для использования в качестве датчиков изображения для однофотонной трехмерной визуализации с помощью детектирования с временным разрешением [9].

Удивительно, но можно даже измерить количество фотонов, поглощенных за некоторый короткий интервал времени в активной области лавинного фотодиода [8]. Для этого необходимо точно измерить рост фототока в начале лавины.

Модули лавинных диодов

Лавинные диоды доступны как часть модулей, которые помимо фотодиода также содержат дополнительные электронные компоненты. В частности, в корпус может быть интегрирован усилитель тока (трансимпедансный усилитель), который не только уменьшает количество деталей, необходимых на печатной плате, но также улучшает шумовые характеристики и приводит к лучшему сочетанию полосы пропускания и чувствительности. Некоторые модули были специально оптимизированы для использования в волоконно-оптических системах связи и имеют оптоволоконную связь. Также можно интегрировать электронику гашения, необходимую для работы в режиме Гейгера.

Кремниевые фотоумножители

Важное различие между лавинным фотодиодом и фотоумножителем состоит в том, что последний имеет гораздо большую активную площадь. Однако можно сконструировать так называемые кремниевые фотоумножители , содержащие массивы лавинных диодов на основе кремния, где объединенная активная площадь может быть довольно большой.

Помимо большой активной площади, кремниевые фотоумножители также подходят для измерения числа фотонов [12], даже если одиночные диоды не являются: можно подсчитать общее количество диодов, которые запускаются слабым падающим оптическим импульсом.Это число хорошо аппроксимирует число фотонов (умноженное на квантовую эффективность) при условии, что вероятность попадания более одного фотона в один диод достаточно мала.

Фототранзисторы

Другой тип фотодетектора на основе полупроводника, который также использует некоторый вид усиления фототока, — это фототранзистор. Однако здесь усиление основано на других принципах, да и рабочие характеристики тоже совсем другие.

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете оставлять вопросы и комментарии.Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о приеме на основании определенных критериев. По сути, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы скоро удалили его. (См. Также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личный отзыв или консультацию от автора, пожалуйста, свяжитесь с ним, например по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете согласие на потенциальную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами.(Если позже вы откажетесь от своего согласия, мы удалим эти данные.) Поскольку ваши материалы сначала рассматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

Библиография

[1]	Р. Дж. Макинтайр, «Умножение шума в однородных лавинных диодах», IEEE Trans. Electron Devices 13 (1), 164 (1966), DOI: 10.1109 / T-ED.1966.15651
[2]	Дж. С. Марсланд, «О влиянии мертвых зон ионизации на размножение лавины и шума для однородного электрического поля. ”, Дж.Appl. Phys. 67 (4), 1929 (1990), DOI: 10.1063 / 1.345596
[3]	M. M. Hayat et al. , «Влияние мертвого пространства на усиление и шум в лавинных фотодиодах из Si и GaAs», IEEE J. Quantum Electron. 28 (5), 1360 (1992), DOI: 10,1109 / 3,135278
[4]	C Hu et al. , “Шумовые характеристики лавинных GaAs-фотодиодов в тонкой области умножения”, Прикл. Phys. Lett. 69 (24), 3734 (1996), DOI: 10.1063 / 1.117205
[5]	A.Rochas et al. , «Детектор одиночных фотонов, изготовленный по дополнительной высоковольтной технологии металл-оксид-полупроводник», Rev. Sci. Instrum. 74 (7), 3263 (2003), DOI: 10.1063 / 1.1584083
[6]	Д. Ренкер, «Лавинные фотодиоды режима Гейгера, история, свойства и проблемы», Nuclear Instrum. Meth. Phys. Исследование A 567, 48 (2006), DOI: 10.1016 / j.nima.2006.05.060
[7]	M. G. Liu et al. , «Низкая скорость темнового счета и высокая эффективность регистрации одиночных фотонов лавинный фотодиод в режиме Гейгера», IEEE Photon.Technol. Lett. 19, 378 (2007)
[8]	B.E. Kardynal et al. , «Детектор с разрешением фотонов на основе лавинных фотонов», Nature Photon. 2, 425 (2008), DOI: 10.1038 / nphoton.2008.101
[9]	C. Niclass et al. , «Однофотонный датчик изображения 128 × 128 с 10-разрядным преобразователем времени в цифровой код на уровне столбцов», IEEE J. Solid-State Circuits 43 (12), 2977 (2008), doi: 10.1109 / JSSC .2008.2006445
[10]	Y.Канг и др. , «Монолитные германиево-кремниевые лавинные фотодиоды с произведением коэффициента усиления и ширины полосы 340 ГГц», Nature Photon. 3, 59 (2009), DOI: 10.1038 / nphoton.2008.247
[11]	S. Assefa et al. , «Новое изобретение германиевого лавинного фотодетектора для нанофотонных оптических межсоединений на кристалле», Nature 464, 80 (2010), DOI: 10.1038 / nature08813
[12]	M. Ramilli et al. , «Статистика числа фотонов с кремниевыми фотоумножителями», J.Опт. Soc. Am.B 27 (5), 852 (2010), DOI: 10.1364 / JOSAB.27.000852
[13]	B. F. Aull et al. , «Широкоформатные матрицы лавинных фотодиодов Гейгера и схемы считывания», IEEE J. Sel. Верхний. Quantum Electron 24 (2), 3800510 (2018), DOI: 10.1109 / JSTQE.2017.2736440
[14]	X. Zeng et al. , «Кремний-германиевые лавинные фотодиоды с прямым управлением электрическим полем в области умножения заряда», Optica 6 (6), 772 (2019), doi: 10. 1364 / OPTICA.6.000772

(Предлагайте дополнительную литературу!)

См. Также: фотодиоды, фотоумножители, фототранзисторы, чувствительность, счет фотонов, квантовая эффективность, квантовый шум
и другие статьи в категориях фотонные устройства, обнаружение и определение характеристик света, оптоэлектроника, оптическая метрология

Если вам нравится эта страница, поделитесь ссылкой с друзьями и коллегами, например через соцсети: Эти кнопки совместного использования реализованы с учетом конфиденциальности!

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например,г. ваш веб-сайт, социальные сети, дискуссионный форум, Википедия), вы можете получить здесь необходимый код.

HTML-ссылка на эту статью:

   html"> 
 Статья о лавинных фотодиодах  
 в  
 RP Photonics Encyclopedia   

С изображением для предварительного просмотра (см. Рамку выше):

   
  alt =" article ">   

Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:

  * [https://www.rp-photonics.com/avalanche_photodiodes.html 
, статья «Лавинные фотодиоды» в энциклопедии RP Photonics]  

% PDF-1.4 % 37846 0 объект > endobj xref 37846 97 0000000016 00000 н. 0000002328 00000 п. 0000002447 00000 н. 0000008704 00000 п. 0000008896 00000 н. 0000009613 00000 н. 0000009772 00000 н. 0000009797 00000 н. 0000010968 00000 п. 0000010995 00000 п. 0000011289 00000 п. 0000011315 00000 п. 0000012805 00000 п. 0000012832 00000 п. 0000013137 00000 п. 0000013162 00000 п. 0000013479 00000 п. 0000013504 00000 п. 0000016675 00000 п. 0000016702 00000 п. 0000020032 00000 н. 0000020059 00000 н. 0000020841 00000 п. 0000021088 00000 п. 0000021938 00000 п. 0000022202 00000 п. 0000023045 00000 п. 0000023299 00000 н. 0000024170 00000 п. 0000024413 00000 п. 0000025264 00000 п. 0000025520 00000 н. 0000026385 00000 п. 0000026659 00000 п. 0000027389 00000 п. 0000027650 00000 п. 0000028450 00000 п. 0000028705 00000 п. 0000029486 00000 п. 0000029751 00000 п. 0000030430 00000 п. 0000030707 00000 п. 0000031487 00000 п. 0000031750 00000 п. 0000032469 00000 н. 0000032745 00000 п. 0000033476 00000 п. 0000033720 00000 п. 0000034390 00000 п. 0000034651 00000 п. 0000035404 00000 п. 0000035661 00000 п. 0000036428 00000 п. 0000036674 00000 п. 0000037403 00000 п. 0000037674 00000 п. 0000038360 00000 п. 0000038628 00000 п. 0000039462 00000 п. 0000039736 00000 п. 0000040419 00000 п. 0000040702 00000 п. 0000041443 00000 п. 0000041690 00000 н. 0000042421 00000 п. 0000042676 00000 п. 0000043410 00000 п. 0000043667 00000 п. 0000044338 00000 п. 0000044597 00000 п. 0000045276 00000 п. 0000045548 00000 п. 0000046283 00000 п. 0000046545 00000 п. 0000047232 00000 п. 0000047512 00000 п. 0000048247 00000 п. 0000048502 00000 п. 0000049234 00000 п. 0000049484 00000 п. 0000050223 00000 п. 0000050497 00000 п. 0000051259 00000 п. 0000051514 00000 п. 0000052254 00000 п. 0000052517 00000 п. 0000053190 00000 п. 0000053444 00000 п. 0000054171 00000 п. 0000054418 00000 п. 0000055090 00000 н. 0000055340 00000 п. 0000056074 00000 п. 0000056331 00000 п. 0000057024 00000 п. 0000006996 00000 н. 0000008677 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 37847 0 объект > / StructTreeRoot 9590 0 R >> endobj 37848 0 объект > endobj 37941 0 объект > поток х {p yH M` [7m / dkv7

определение однофотонного лавинного диода и синонимы однофотонного лавинного диода (английский)

В оптоэлектронике термин Single-Photon Avalanche Diode ( SPAD ) (также известный как APD режима Гейгера или G-APD ) идентифицирует класс твердотельных фотодетекторов на основе pn-перехода с обратным смещением, в которых фотогенерируемый носитель может вызвать лавинный ток из-за механизма ударной ионизации. Это устройство способно обнаруживать сигналы низкой интенсивности (вплоть до одиночных фотонов) и сигнализировать о времени прибытия фотонов с джиттером в несколько десятков пикосекунд.

SPAD, такие как лавинный фотодиод (APD), используют инициируемый фотонами лавинный ток обратносмещенного p-n перехода для обнаружения падающего излучения. Принципиальное различие между SPAD и APD заключается в том, что SPAD специально разработаны для работы с напряжением обратного смещения, намного превышающим напряжение пробоя (напротив, APD работают при смещении, меньшем, чем напряжение пробоя).Этот вид операции в литературе также называется , режим Гейгера, , по аналогии со счетчиком Гейгера.

Принцип работы SPAD

SPAD

— это полупроводниковые устройства, основанные на p-n переходе с обратным смещением при напряжении V _на выше, чем V _B (Рисунок 1). ^[1] «При этом смещении электрическое поле настолько велико [выше, чем 3 × 10 ⁵ В / см], что один носитель заряда, введенный в обедненный слой, может вызвать самоподдерживающуюся лавину. Ток быстро растет [время нарастания субнаносекунды] до макроскопического устойчивого уровня в миллиамперном диапазоне. Если первичная несущая является фотогенерацией, передний фронт лавинного импульса отмечает [с пикосекундным временным джиттером] время прихода обнаруженного фотона ». ^[1] Ток продолжается до тех пор, пока лавина не будет погашена за счет снижения напряжения смещения V _D до или ниже V _B ^[1] : более низкое электрическое поле больше не может ускорять носители для ударной ионизации с атомами решетки, поэтому ток прекращается.Чтобы можно было обнаружить другой фотон, напряжение смещения должно быть снова повышено до уровня пробоя. ^[1]

Рисунок 1 — Поперечное сечение тонкой SPAD.

«Для этой операции требуется подходящая схема, которая должна:

1. обнаруживают передний край лавинного тока;
2. генерирует стандартный выходной импульс, синхронный с нарастанием лавины;
3. гасит лавину снижением напряжения смещения до напряжения пробоя;
4. восстановить фотодиод на рабочий уровень. Эту схему обычно называют схемой гашения «. ^[1]

Пассивная закалка

Простейшая схема гашения обычно называется схемой пассивного гашения и состоит из одного резистора, подключенного последовательно к SPAD. Эта экспериментальная установка использовалась с самого начала исследований лавинного пробоя в переходах. Лавинный ток самогашается просто потому, что он вызывает падение напряжения на большой балластной нагрузке R _L (около 100 кОм или более).После гашения лавинного тока смещение SPAD V _D медленно восстанавливается до V _a , и поэтому детектор готов к повторному включению. Подробное описание процесса закалки приведено в. ^[1]

Активная закалка

Более продвинутая схема гашения называется активным гашением . В этом случае быстрый дискриминатор определяет резкое начало лавинного тока через резистор 50 Ом и выдает цифровой (CMOS, TTL, ECL, NIM) выходной импульс, синхронный со временем прихода фотонов. Затем он быстро снижает напряжение смещения до напряжения ниже пробоя, а затем относительно быстро возвращает смещение выше напряжения пробоя, готового к обнаружению следующего фотона.

Подсчет и синхронизация фотонов

Интенсивность сигнала получается путем подсчета (подсчета фотонов) количества выходных импульсов в пределах временного интервала измерения, в то время как форма сигнала, зависящая от времени, получается путем измерения временного распределения выходных импульсов (синхронизация фотонов). Последнее достигается с помощью работы детектора с однофотонным лавинным диодом (SPAD) в режиме коррелированного по времени счета одиночных фотонов (TCSPC).

Насыщенность

В то время как схема восстановления лавин гасит лавину и восстанавливает смещение, SPAD не может обнаруживать фотоны. Любые фотоны, которые достигают детектора в течение этого короткого периода, не учитываются. По мере того, как количество фотонов увеличивается так, что (статистический) временной интервал между фотонами оказывается в пределах примерно десяти раз от времени восстановления лавины, недостающие подсчеты становятся статистически значимыми, и скорость счета начинает отклоняться от линейной зависимости с обнаруженным уровнем освещенности. .В этот момент SPAD начинает насыщаться. Если уровень освещенности будет увеличиваться дальше, в конечном итоге до точки, когда SPAD немедленно сойдет с места в момент, когда схема восстановления лавины восстановит смещение, скорость счета достигнет максимума, определяемого исключительно временем восстановления лавины (десять миллионов импульсов в секунду или более). Это может быть вредным для SPAD, поскольку он будет испытывать лавинообразный поток почти непрерывно.

Внутренний шум

Помимо генерируемых фотонами носителей, термически генерируемые носители (посредством процессов генерации-рекомбинации в полупроводнике) также могут вызвать лавинный процесс.Следовательно, можно наблюдать выходные импульсы, когда SPAD находится в полной темноте. Полученное среднее число отсчетов в секунду называется темновой скоростью счета и является ключевым параметром при определении шума детектора. Стоит отметить, что величина, обратная скорости счета в темноте, определяет среднее время, в течение которого SPAD остается смещенным выше пробоя до того, как сработает нежелательная тепловая генерация. Следовательно, чтобы работать как однофотонный детектор, SPAD должен иметь возможность оставаться смещенным выше пробоя в течение достаточно долгого времени (например,g., несколько миллисекунд, что соответствует скорости счета значительно ниже тысячи импульсов в секунду, имп / с).

ВАХ

Рисунок 2 : Вольт-амперная характеристика SPAD, показывающая отключенную и открытую ветви.

Если с помощью аналогового измерителя кривой наблюдается SPAD, можно наблюдать раздвоение вольт-амперных характеристик за пределами пробоя во время развертки напряжения, подаваемого на устройство. Когда запускается лавина, SPAD поддерживает лавинный ток (на ответвлении), вместо этого, когда не генерируется носитель (фотон или тепловая генерация), заряд не проходит через SPAD (ответвление).Если SPAD запускается во время развертки выше отказа, переход от ответвления к ответвлению можно легко наблюдать (как «мерцание»).

APD против SPAD

И APD, и SPAD представляют собой полупроводниковые p-n-переходы с обратным смещением. Однако смещение ЛФД близко к напряжению пробоя полупроводника, но ниже его. Это сильное электрическое поле обеспечивает внутреннее усиление умножения только порядка нескольких сотен, поскольку лавинный процесс не расходится, как в SPAD.Результирующая сила тока лавины линейно связана с интенсивностью оптического сигнала. Однако SPAD работает с напряжением смещения выше напряжения пробоя. Поскольку устройство работает в этом нестабильном режиме над пробоем, одиночный фотон (или одиночный электрон темнового тока) может вызвать значительную лавину электронов. Практически это означает, что в APD один фотон производит только десятки или несколько сотен электронов, но в SPAD один фотон запускает ток в области мА (миллиарды миллиардов электронов в секунду), который можно легко «подсчитать» .

Следовательно, хотя APD является линейным усилителем входного оптического сигнала с ограниченным усилением, SPAD является устройством запуска, поэтому концепция усиления бессмысленна.

См.