Was ist eine Lawinenphotodiode?
Es gibt viele Anwendungen, in denen Licht in elektrische Signale umgewandelt wird, einschließlich faseroptischer Kommunikationssysteme. Eine Komponente, die dies tun kann, ist die Lawinenphotodiode (APD). Als Ladungsträger bezeichnete Teilchen treten in die Diode ein und werden einem elektrischen Feld ausgesetzt. In einem als Lawine bezeichneten Prozess werden Partikel durch Kollisionen erzeugt, und ein als Photon bezeichnetes leichtes Partikel kann viele Elektronen erzeugen, um einen elektrischen Strom zu erzeugen. Optische Empfänger enthalten normalerweise eine Lawinenphotodiode sowie Photonenzähler und Entfernungsmesser, die in Autos, im Bauwesen und sogar bei der Jagd verwendet werden.
Lawinenphotodioden bestehen üblicherweise aus kristallinen Silikonschichten zwischen zwei Elektroden. Ein elektrisches Feld löst den Prozess aus, wenn Licht in die Diode eintritt. Es gibt verschiedene Arten von APDs, die je nach der Wellenlänge des einfallenden Lichts funktionieren können. Wenn sie aus Silizium bestehen, beträgt der Spektralbereich typischerweise 300 bis 1.100 Nanometer, während eine Germanium-Lawinen-Fotodiode häufig für Lichtwellenlängen von 800 bis 1.600 Nanometer geeignet ist. Eine andere Version aus Indium, Gallium und Arsen kann mit Wellenlängen von 900 bis 1.700 Nanometern arbeiten.
Eine Lawinenphotodiode ist häufig in verschiedenen Größen erhältlich. Größere Dioden können mehr Licht aufnehmen als kleinere und machen andere optische Komponenten überflüssig, was zusätzliche Kosten verursachen kann. Die Verwendung kleinerer Sorten ist vorteilhaft, wenn der Raum für Halbleiterwafer begrenzt ist. Eine APD ist im Allgemeinen am besten geeignet, wenn die Lichtintensität relativ niedrig ist, die Erfassung von mittleren bis hohen Frequenzen jedoch erforderlich ist.
In einer Lawinenphotodiode werden häufig Siliziumkomponenten mit positiven und negativen elektrischen Ladungen verwendet. Der Aufbau erzeugt typischerweise eine in Sperrrichtung vorgespannte Spannung, die sich auf die Spannung bezieht, die an einem Ende höher ist als am anderen. Die Durchbruchspannung ist die geringste Strommenge, die die Diode zum Leiten bringen kann. Der Lawineneffekt kann anhalten, wenn sich die ladungstragenden Partikel schnell genug beschleunigen. Die Sperrvorspannung muss typischerweise höher als der Durchschlag sein; Wenn es weniger ist, kann die Reibung dazu führen, dass die Partikel langsamer werden.
Die Übertragungskapazität eines optischen Systems hängt häufig von der Art der verwendeten Avalanche-Fotodiode ab. Auch Entfernungsmesssysteme wie Verkehrsgeschwindigkeitsmesser für die Strafverfolgung sowie Entfernungsmesser, die von Jägern verwendet werden, können davon profitieren. Lawinenphotodioden sind häufig Bestandteil von Lasersensoren in Hafen-Navigationssystemen, Vermessungsgeräten oder in Maschinen, die die Nähe von Personen und Geräten erfassen müssen. Sie können auch Teil von Warnblinkanlagen für Autofahrer sein.