Il fotodiodo da valanga è stato progettato dall'ingegnere giapponese"Jun-ichi Nishizawa" nel 1952. Il fotodiodo da valanga è un rivelatore a semiconduttore molto sensibile che utilizza l'effetto fotoelettrico per convertire la luce in elettricità.
Nei sistemi di comunicazione in fibra ottica, un singolo componente come un fotodiodo a valanga viene utilizzato per convertire la luce in un segnale elettrico. Durante il processo di valanga, i portatori di carica sono generati dalle collisioni. I fotoni simili a particelle di luce creano molti elettroni, che a loro volta creano una corrente elettrica.
Cos'è un fotodiodo da valanga
Un diodo che utilizza il metodo a valanga per fornire prestazioni aggiuntive rispetto ad altri diodi è chiamato fotodiodo a valanga.
I fotodiodi a valanga trasformano un segnale ottico in un segnale elettrico e possono funzionare ad alte tensioni di polarizzazione inversa. Il simbolo di un fotodiodo da valanga è simile a quello di un diodo Zener.
Struttura del fotodiodo da valanga
La struttura di un fotodiodo PIN e di un fotodiodo a valanga è simile e consiste in due regioni fortemente drogate e due regioni leggermente drogate, le regioni fortemente drogate sono P+ e N+, mentre le regioni leggermente drogate sono io e p.
Nella regione intrinseca, la larghezza dello strato di esaurimento del fotodiodo a valanga è piuttosto sottile rispetto a quella del fotodiodo PIN. Qui, la regione p+ agisce come un anodo, mentre la regione n+ agisce come un catodo.
Rispetto ad altri fotodiodi, i fotodiodi a valanga operano in condizioni di polarizzazione inversa elevata. Pertanto, la valanga viene moltiplicata per i portatori di carica formati dall'impatto della luce o dai fotoni. L'azione a valanga aumenta il guadagno del fotodiodo di un fattore di diversi per fornire un'elevata gamma di sensibilità.
Criteri operativi
La rottura della valanga si verifica principalmente quando il fotodiodo è soggetto a una tensione inversa massima che aumenta il campo elettrico oltre lo strato di esaurimento. Quando la luce incidente penetra nella regione p+, viene assorbita nella regione p molto resistiva e quindi genera coppie elettrone-lacuna.
Finché è presente un campo elettrico elevato, i portatori di carica, inclusa la loro velocità di saturazione, si spostano nella regione pn+. Quando la velocità è massima, i portatori si scontreranno attraverso altri atomi e genereranno nuove coppie elettrone-lacuna, e le enormi coppie di portatori di carica porteranno a fotocorrenti elevate.
Funzionamento del fotodiodo da valanga
Il funzionamento del fotodiodo da valanga può essere eseguito interamente in demodalità di plezione. Tuttavia, oltre alla modalità valanga lineare, possono operare anche in modalità Geiger. In questa modalità di funzionamento, il fotodiodo può funzionare alla suddetta tensione di rottura. Un'altra modalità, la"modalità sub-Geiger", è attualmente in fase di introduzione.
Fotodiodi a valanga nella comunicazione in fibra ottica
Nei sistemi di comunicazione in fibra ottica (OFC), i fotodiodi a valanga vengono spesso utilizzati per l'identificazione del segnale debole, ma il circuito deve essere sufficientemente ottimizzato per ottenere un elevato rapporto segnale/rumore (S/N). Qui, l'SNR deve ottenere un perfetto rapporto segnale-rumore e l'efficienza quantica dovrebbe essere elevata perché questo valore è quasi il massimo, in modo che la maggior parte del segnale venga rilevata.
Caratteristiche del fotodiodo da valanga
I fotodiodi a valanga sono diodi altamente sensibili e ad alta velocità che funzionano applicando una tensione inversa al metodo di guadagno interno. Questi diodi misurano la luce a bassa gamma rispetto ai fotodiodi di tipo PIN e sono quindi utilizzati in applicazioni in cui l'elevata sensibilità varia, come la misurazione della distanza ottica e la comunicazione ottica a lungo raggio.
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