La photodiode à avalanche a été conçue par l'ingénieur japonais"Jun-ichi Nishizawa" en 1952. La photodiode à avalanche est un détecteur à semi-conducteur très sensible qui utilise l'effet photoélectrique pour convertir la lumière en électricité.
Dans les systèmes de communication à fibre optique, un seul composant tel qu'une photodiode à avalanche est utilisé pour convertir la lumière en un signal électrique. Au cours du processus d'avalanche, des porteurs de charge sont générés par les collisions. Les photons semblables à des particules lumineuses créent de nombreux électrons, qui à leur tour créent un courant électrique.
Qu'est-ce qu'une photodiode à avalanche
Une diode qui utilise la méthode d'avalanche pour fournir des performances supplémentaires par rapport aux autres diodes est appelée photodiode à avalanche.
Les photodiodes à avalanche transforment un signal optique en un signal électrique et peuvent fonctionner à des tensions de polarisation inverse élevées. Le symbole d'une photodiode à avalanche est similaire à celui d'une diode Zener.
Structure de photodiode d'avalanche
La structure d'une photodiode PIN et d'une photodiode à avalanche est similaire et se compose de deux régions fortement dopées et de deux régions légèrement dopées, les régions fortement dopées sont P+ et N+, tandis que les régions légèrement dopées sont moi et P.
Dans la région intrinsèque, la largeur de la couche d'appauvrissement de la photodiode à avalanche est plutôt mince par rapport à celle de la photodiode PIN. Ici, la région p+ agit comme une anode, tandis que la région n+ agit comme une cathode.
Par rapport aux autres photodiodes, les photodiodes à avalanche fonctionnent dans des conditions de polarisation inverse élevées. Par conséquent, l'avalanche est multipliée par les porteurs de charge formés par impact lumineux ou photons. L'action d'avalanche augmente le gain de la photodiode d'un facteur de plusieurs pour fournir une plage de sensibilité élevée.
Critères de fonctionnement
Le claquage par avalanche se produit principalement lorsque la photodiode est soumise à une tension inverse maximale qui améliore le champ électrique au-delà de la couche d'appauvrissement. Lorsque la lumière incidente pénètre dans la région p+, elle est absorbée dans la région p très résistive et génère alors des paires électron-trou.
Tant qu'un champ électrique élevé est présent, les porteurs de charge, y compris leur vitesse de saturation, dérivent vers la région pn+. Lorsque la vitesse est la plus élevée, les porteurs entreront en collision à travers d'autres atomes et généreront de nouvelles paires électron-trou, et les énormes paires de porteurs de charge conduiront à des photocourants élevés.
Fonctionnement de la photodiode d'avalanche
Le fonctionnement de la photodiode d'avalanche peut être fait entièrement dans demode plétion. Cependant, en plus du mode avalanche linéaire, ils peuvent également fonctionner en mode Geiger. Dans ce mode de fonctionnement, la photodiode peut fonctionner à la tension de claquage précitée. Un autre mode, le"mode sub-Geiger", est actuellement en cours d'introduction.
Photodiodes à avalanche dans la communication par fibre optique
Dans les systèmes de communication par fibre optique (OFC), les photodiodes à avalanche sont souvent utilisées pour l'identification des signaux faibles, mais le circuit doit être suffisamment optimisé pour obtenir un rapport signal/bruit (S/B) élevé. Ici, le SNR est d'obtenir un rapport signal sur bruit parfait et l'efficacité quantique doit être élevée car cette valeur est quasiment maximale, de sorte que la majeure partie du signal est remarquée.
Caractéristiques des photodiodes d'avalanche
Les photodiodes à avalanche sont des diodes très sensibles à haute vitesse qui fonctionnent en appliquant une tension inverse à la méthode de gain interne. Ces diodes mesurent la lumière à faible portée par rapport aux photodiodes de type PIN et sont donc utilisées dans des applications où la sensibilité élevée varie, telles que la mesure de distance optique et la communication optique longue portée.
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