單光子雪崩二極體

用於可見光光學的商用單光子雪崩二極體模組

單光子雪崩二極體(英語:single-photon avalanche diode,縮頭字SPAD)是一種半導體光感測器。它本質上是一種p-n接面二極體,與光電二極體雪崩光電二極體 (APD)屬於同一系列。它可以偵測伽瑪射線X射線β粒子α粒子游離輻射,也可以偵測紫外線可見光紅外線之間的大部分電磁波

一般的光電二極體具有較低的逆向偏壓,漏電流隨著光子的吸收而線性變化,即由於pn接面空乏層內部光電效應而釋放載子電子和/或電洞)。

然而,SPAD 的逆向偏壓非常高,以至於能發生所謂的碰撞電離英语impact ionisation突崩潰現象。具體來說,光電效應所產生的載子被元件中的電場加速,使它的動能足以克服塊材的電離能,得以將電子從原子中擊出,這就是碰撞電離英语impact ionisation,所產生的電子稱為次級電子。然後次級電子又經歷相同的碰撞電離過程,使電子數量倍增。如此一來,電子數量呈指數增長,這就是突崩潰。最少只要一個光子就能觸發SPAD的突崩潰,所以SPAD能夠偵測單個光子。


操作

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結構

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SPAD是基於p-n接面半導體元件,必須在逆向偏壓下運作,而且工作電壓高於崩潰電壓

偏壓區域和電流-電壓特性

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