Fotodiodo com amplificação de sinal interno por processo de avalanche. Os fotodiodos de avalanche são detectores de luz semicondutores (fotodiodos) que operam em voltagens reversas relativamente altas (geralmente na casa das dezenas ou mesmo centenas de volts), às vezes apenas ligeiramente abaixo do limite. Nesta faixa, os portadores (elétrons e buracos) excitados pelos fótons absorvedores são acelerados por um forte campo elétrico interno e então geram portadores secundários, o que muitas vezes acontece em tubos fotomultiplicadores. O processo de avalanche ocorre apenas a uma distância de alguns micrômetros, e a fotocorrente pode ser amplificada muitas vezes. Portanto, os fotodiodos de avalanche podem ser usados como detectores muito sensíveis, exigindo menos amplificação de sinal eletrônico e, portanto, menos ruído eletrônico. No entanto, o ruído quântico e o ruído do amplificador inerentes ao processo de avalanche anulam as vantagens mencionadas anteriormente. O ruído aditivo pode ser descrito quantitativamente pela figura de ruído aditivo, F, que é um fator que caracteriza o aumento da potência do ruído eletrônico em relação a um fotodetector ideal. Deve-se notar que o fator de amplificação e a responsividade efetiva do APD estão muito relacionados à tensão reversa, e os valores correspondentes de diferentes dispositivos são diferentes. Portanto, é prática comum caracterizar uma faixa de tensão na qual todos os dispositivos atingem uma certa responsividade. A largura de banda de detecção dos diodos de avalanche pode ser muito alta, principalmente devido à sua alta sensibilidade, permitindo o uso de resistores shunt menores do que nos fotodiodos normais. De um modo geral, quando a largura de banda de detecção é alta, as características de ruído do APD são melhores do que o fotodiodo PIN comum e, quando a largura de banda de detecção é menor, o fotodiodo PIN e um amplificador de banda estreita de baixo ruído funcionam melhor. Quanto maior o fator de amplificação, maior a figura de ruído adicional, que é obtida aumentando a tensão reversa. Portanto, a tensão reversa é geralmente escolhida para que o ruído do processo de multiplicação seja aproximadamente igual ao do amplificador eletrônico, pois isso minimizará o ruído geral. A magnitude do ruído aditivo está relacionada a muitos fatores: a magnitude da tensão reversa, as propriedades do material (em particular, a taxa do coeficiente de ionização) e o design do dispositivo. Os diodos de avalanche baseados em silício são mais sensíveis na região de comprimento de onda de 450-1000 nm (às vezes podem atingir 1100 nm), e a maior responsividade está na faixa de 600-800 nm, ou seja, o comprimento de onda nesta região de comprimento de onda é ligeiramente menor que a dos diodos Si p-i-n. O fator de multiplicação (também chamado de ganho) de Si APDs varia entre 50 e 1000, dependendo do projeto do dispositivo e da tensão reversa aplicada. Para comprimentos de onda mais longos, os APDs requerem materiais de germânio ou arseneto de gálio e índio. Eles têm fatores de multiplicação de corrente menores, entre 10 e 40. Os APDs InGaAs são mais caros que os APDs Ge, mas possuem melhores características de ruído e maior largura de banda de detecção. Aplicações típicas de fotodiodos de avalanche incluem receptores em comunicações de fibra óptica, alcance, geração de imagens, scanners a laser de alta velocidade, microscópios a laser e reflectometria óptica no domínio do tempo (OTDR).
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