Che cos'è un fotodiodo a valanga?
Esistono molte applicazioni in cui la luce viene convertita in segnali elettrici, inclusi i sistemi di comunicazione in fibra ottica. Un componente che può farlo è il fotodiodo a valanga (APD). Le particelle chiamate portatori di carica entrano nel diodo e sono esposte a un campo elettrico. In un processo chiamato valanga, le particelle vengono generate attraverso le collisioni e una particella di luce chiamata fotone può generare molti elettroni per produrre una corrente elettrica. I ricevitori ottici di solito includono un fotodiodo a valanga, contatori di fotoni e telemetri usati in auto, costruzioni e persino caccia.
I fotodiodi a valanga sono generalmente costruiti con strati di silicone cristallino tra due elettrodi. Un campo elettrico innesca il processo quando la luce entra nel diodo. Esistono vari tipi di APD che possono funzionare in base alla lunghezza d'onda della luce che li entra. Se sono fatti di silicio, la gamma spettrale è in genere da 300 a 1.100 nanometri, mentre un fotodiodo a valanga di germanio è spesso adatto per lunghezze d'onda della luce da 800 a 1.600 nanometri. Un'altra versione in indio, gallio e arsenico può operare con lunghezze d'onda comprese tra 900 e 1.700 nanometri.
Un fotodiodo a valanga è spesso disponibile in una gamma di dimensioni. I diodi più grandi possono acquisire più luce di quelli più piccoli ed eliminare la necessità di altri componenti ottici che possono aggiungere spese. L'uso di varietà più piccole è vantaggioso quando lo spazio del wafer a semiconduttore è limitato. Un APD è generalmente più adatto quando l'intensità della luce è relativamente bassa, ma è necessaria la rilevazione di frequenze medio-alte.
I componenti di silicio con cariche elettriche positive e negative sono spesso utilizzati in un fotodiodo a valanga. L'impostazione in genere crea una tensione polarizzata inversa, che si riferisce alla tensione più alta a un'estremità rispetto all'altra. La tensione di interruzione è la minima quantità di corrente che può provocare la conduzione del diodo. L'effetto valanga può continuare se le particelle che trasportano carica accelerano a velocità sufficientemente elevate. La tensione di polarizzazione inversa in genere deve essere superiore alla rottura; se è inferiore, l'attrito può rallentare le particelle.
La capacità di trasmissione di un sistema ottico dipende spesso dal tipo di fotodiodo a valanga utilizzato. Anche i sistemi di misurazione della distanza possono essere utili, come ad esempio le pistole per il traffico delle forze dell'ordine, nonché i telemetri usati dai cacciatori. I fotodiodi a valanga fanno spesso parte dei sensori laser presenti nei sistemi di navigazione portuale, nelle apparecchiature di rilevamento o nelle macchine che devono rilevare la vicinanza di persone e attrezzature. Possono anche far parte dei sistemi di allarme di pericolo per i conducenti di automobili.