本文主要是关于雪崩光电二极管的相关介绍，并着重阐述了雪崩光电二极管的噪声特性研究。
雪崩光电二极管APD
光研科学强力引进新品——雪崩光电二极管APD。现有IAE、SAE和SAR系列。这几个系列的产品有着极高的响应度和极短的上升和下降时间。如此高性能的APD可以很好地应用在荧光探测、激光雷达系统、光纤数据传输和条形码扫描器等方面。其出色的低噪音性能使其可以很好地应用在低光强度下对中或较高频率光的探测。
IAE系列 铟砷化镓雪崩光电二极管
描述
IAE系列雪崩光电二极管是铟砷化镓雪崩光电二极管最大商业化的应用，在1000到1650nm的波长范围内，它有着极高的响应度和极短的上升和下降时间。在1550nm处的峰值响应度可以理想地应用到对人眼安全的测距，自由空间的光学通讯，光时域反射仪和高分辨率的光学相干X线断层摄影术上。芯片被封装在一个改良的TO46包装内或安置在一个陶瓷的底座上。
特性
● 80或200μm有效范围
● 大于500MHz的特有带宽
● 从1000到1650nm
● 低暗电流和噪声
● 改良的TO46包装或陶瓷底座
应用
● 测距
● 光学通信系统
硅雪崩光电二极管(近红外增强型)
描述
SAE230NS系列和SAE50NS系列外延雪崩光电二极管是雪崩光电二极管中用途相当普遍的，在550到1050nm的范围内，它们有着极高的响应度和极短的上升和下降时间。用于测距时，在900nm的波长下可以得到最佳的响应度。芯片被封装在一个改良过的TO46包装内，并带有集成的905nm滤波器可供选择。
特性
● 极高的量子效率
● 低噪音，高速
● 倍增增益，用于M>100时
● 230μm和500μm直径有效范围
● 渐进的倍增曲线图表
●极宽的工作温度范围
应用
● 测距
● 光学通信系统
硅雪崩光电二极管（红光增强型）
雪崩光电二极管噪声特性研究
1PD热噪声
光电二极管PD必须外接负载电阻或运放等设备才能检测出光电流，这些设备中，电子也在运动。这种运动只要温度不是绝对零度，就会在热作用下发生不规则变化。这样，作为电子整体运动的平均，观察到的电流是不规则变动的，这种不规则变动产生的噪声称为热噪声。如果忽略APD内部电阻的影响，只考虑外围电路的负载RL（等效负载），则热噪声电流+ij-APD可以计算如下：
式中：K为波尔茨曼常数；T为绝对温度；B为噪声带宽
2PD散粒噪声
由于载流子的随机运动而导致电流的波动形成了散粒噪+声。散粒噪声和热噪声的起因都是源于电子和空穴的不规则运动，无论何种光电二极管都会发生，并且，并不限于光电二极管，与光毫无关系的所有半导体设备都会产生，它们是难以消除和减小的噪声。对于+PIN型PD，散粒噪声包含起因于光生电流的散粒噪声和起因于暗电流的散离噪声两部分。
式中：iRD为由并联电阻；RD近似为热噪声电流；iSD为由+暗电流引起的散粒噪声电流；iSP表示由光电流引起的散粒噪声电流。对于APD来讲，因为设置了倍增机构，所以总的散粒噪声电流由倍增的散粒电流和没有倍增的散粒电流两部分组成。
3APD的过剩噪声
电子、空穴和原子一旦发生冲突就会产生新的电子和空穴，致使电流不规则变化从而形成噪声，这种噪声称为过剩噪声。过剩噪声与材料有关，Si材料的过剩噪声远小于Ge材料的过剩噪声，因此APD的噪声要大于PIN型PD的噪声%5B2%5D。如果将APD的过剩噪声也归入到散粒噪声之中，则APD+的散粒噪声In计算如下：
式中：q我电子的电荷量；IP为M%3D1时的光生电流；Idg+为基板内部发生的电流；B为带宽；M为倍增率；F为过剩噪声系数；Ids为表面的漏电流。
电子的离子化率（α）和空穴的离子化率（β）之比称为离子化率比%5Bk%3Dα%2Fβ%5D过剩噪声系数F可以用k和M表示。
公式（4）表示电子注入雪崩层的过剩噪声系数，若是空+穴注入雪崩层的过剩噪声系数，需要置换为1%2Fk的形式。
APD的噪声是伴随着倍增产生的，若倍增率增加则过剩噪声增加，总的噪声也随之增大%5B3%5D。信号也随着倍增率的增加而增大，这样就存在一个使信噪比+S%2FN最大的倍增率。APD的S%2FN计算如下：
式中：K、T和RL分别表示波尔茨曼常数、绝对温度和负+载电阻。求最大值并忽略Ids，求出的最大倍增率+Opt+M计算如下。
结束语
对于PIN+PD，若希望降低热噪声就需要加大负载电阻，这样就会导致响应速度变慢。为此，热噪声难以变小，导致了在许多情况下，最低接收电平受到热噪声制约。而对于APD，在散粒噪声达到同等程度的热噪声之前，能够在不增加总的噪声的条件下，成倍地增大信号。这样就能够在确保响应速度的前提下，改善信噪比。
浅谈二极管雪崩效应
在强电场下，半导体中的载流子会被电场加热（见半导体中的热载流子），部分载流子可以获得足够高的能量，这些载流子有可能通过碰撞把能量传递给价带上的电子，使之发生电离，从而产生电子-空穴对，这种过程称为碰撞电离。所产生的电子空穴对，在电场中向相反方向运动，又被电场加热并产生新的电子空穴对。依此方式可以使载流子大量增殖，这种现象称为雪崩倍增效应。
上图图给出了室温下由实验测量得到的几种半导体中电子电离率和空穴电离率随电场强度的变化。电离率通常可用下列经验公式表示
α=A，
式中为电场强度和为常数。
半导体中的雪崩效应是引起pn结击穿的一种机制。加反向偏压的PN结，其空间电荷区内有很强的电场。在反向偏压足够高，空间电荷区内电场足够强时，热生载流子在通过强电场区时会产生雪崩倍增效应。于是反向电流会随反向电压迅速增加，这种现象称为雪崩击穿。对于硅、锗的PN结，当击穿电压大于6/时（是禁带宽度，是电子电荷），击穿由雪崩效应引起，而当击穿电压小于4/时，击穿由另一种效应，即隧道效应所引起。
在雪崩机制中，电流的倍增不仅决定于电离率的大小（或与之相联系的电场强度），而且决定于能有效产生碰撞电离的空间电荷区的宽度。雪崩击穿电压通常随温度的上升而增加。
当PN结发生雪崩击穿时，通常伴随着发光现象，所发射光子的能量可以显著地超过禁带能量。
如果在金属－绝缘体－半导体系统的栅上施加高的脉冲电压（例如对由P型半导体所构成的MIS结构施加正栅压）也会在半导体表面产生雪崩效应。这时半导体表面层呈深耗尽状态。在表面电场足够高时，在耗尽层中流动的热生载流子会产生雪崩倍增效应。
对于包含PN结的半导体器件，一般说来，雪崩倍增效应是个限制性因素。但也可以利用此效应来制作某些器件，如碰撞雪崩渡越二极管及雪崩注入MOS非易失性存储元件。
结语
关于雪崩光电二极管的噪声研究就介绍到这了，如有不足之处欢迎指正。