Ystyr PIN (Post-Cynhenid-Negyddol) yw bod haen o ddeunydd lled-ddargludyddion â chrynodiad dopio isel iawn (fel Si) yn cael ei fewnosod rhwng deunyddiau lled-ddargludyddion math P a N-math. Mae'r haen hon yn cael ei dynodi fel I (Cynhenid) ac fe'i gelwir yn rhanbarth cynhenid. Mae strwythur aPIN ffotodiode(PIN{0}}PD) yn cael ei ddangos yn y ffigwr chwith. Yn y ffigur, ar ôl i olau digwyddiad ddod i mewn o'r rhanbarth P *, caiff ei amsugno nid yn unig yn y rhanbarth disbyddu ond hefyd y tu allan i'r rhanbarth disbyddu. Mae'r amsugniadau hyn yn ffurfio'r gydran trylediad yn y ffotogerrynt. Er enghraifft, mae electronau yn y rhanbarth P* yn tryledu yn gyntaf i ffin chwith y rhanbarth disbyddu ac yna'n mynd trwy'r rhanbarth disbyddu i gyrraedd y rhanbarth N*. Yn yr un modd, mae tyllau yn y rhanbarth N' yn tryledu i ffin dde'r rhanbarth disbyddu cyn mynd trwy'r rhanbarth disbyddu i gyrraedd y rhanbarth P*. Gelwir y ffotocurrent yn y rhanbarth disbyddu yn gydran drifft, ac mae ei amser lluosogi yn dibynnu'n bennaf ar led y rhanbarth disbyddu. Yn amlwg, mae amser lluosogi'r gydran cerrynt tryledu yn hirach nag amser y gydran cerrynt drifft. O ganlyniad, mae ymyl llusgo pwls cerrynt allbwn y ffotosynhwyrydd yn cael ei ymestyn, a bydd yr oedi amser dilynol yn effeithio ar gyflymder ymateb y ffotosynhwyrydd.
Os yw rhanbarth y disbyddiad yn gul, bydd y rhan fwyaf o ffotonau yn cyrraedd y rhanbarth N+ cyn cael eu hamsugno gan y rhanbarth disbyddu. Yn y rhanbarth hwn, mae'r maes trydan yn wan iawn ac ni all wahanu electronau a thyllau, gan arwain at effeithlonrwydd cwantwm cymharol isel.
Mae lled rhanbarth dihysbyddu culach *w* yn arwain at gynhwysedd cyffordd mwy a chysondeb amser RC mwy, sy'n niweidiol i-drosglwyddiad data cyflym.
O ystyried amser drifft ac effeithiau cynhwysedd cyffordd, gellir mynegi lled band ffotodiode fel:
Yn y fformiwla, mae R1yw'r gwrthiant llwyth.
Mae'r dadansoddiad uchod yn dangos bod cynyddu lled y rhanbarth disbyddu yn hanfodol.
Fel y dangosir yn y ffigur uchod, mae lled y rhanbarth I-yn llawer mwy na lled y rhanbarthau P+ ac N+. Felly, mae mwy o ffotonau yn cael eu hamsugno yn y rhanbarth I, gan gynyddu effeithlonrwydd cwantwm tra'n cynnal cerrynt tryledu bach. Gellir gosod foltedd gogwydd gwrthdro'r ffotodiod PIN i werth llai oherwydd bod trwch ei ranbarth disbyddu yn cael ei bennu yn ei hanfod gan led y rhanbarth I-.
Wrth gwrs, nid yw rhanbarth I-yn well bob amser. Mae lled mwy (w) yn arwain at amser drifft hirach i gludwyr yn y rhanbarth disbyddu, gan gyfyngu ar y lled band. Felly, mae angen ystyriaeth gynhwysfawr. Gan fod gan wahanol ddeunyddiau lled-ddargludyddion gyfernodau amsugno gwahanol ar gyfer gwahanol donfeddi golau, mae lled y rhanbarth cynhenid (rhanbarth I-) yn amrywio. Er enghraifft, mae lled rhanbarth I-ffotodeuod Si PIN tua 40 mm, tra bod lled ffotodeuod PIN InGaAs tua 4 mm. Mae hyn yn pennu'r gwahanol led band ac ystodau tonfedd ffotosynwyryddion a wneir o'r ddau ddeunydd gwahanol hyn: defnyddir ffotodiodes Si PIN yn y band 850 nm, tra bod ffotodiodau PIN InGaAs yn cael eu defnyddio yn y bandiau 1310 nm a 1550 nm.
(APD) ffotodiode eirlithriad
Mae APD (Avalanche Photodiode) yn ffotosynhwyrydd sensitif iawn sy'n defnyddio'r effaith eirlithriadau i luosi'r ffotolif. Mae egwyddor yr effaith eirlithriadau fel a ganlyn: Mae golau signal digwyddiad yn cynhyrchu parau tyllau electron cychwynnol yn yr APD. Oherwydd y foltedd gogwydd gwrthdro uchel a gymhwysir i'r APD, mae'r parau tyllau electronau hyn yn cyflymu o dan ddylanwad y maes trydan, gan ennill egni cinetig sylweddol. Pan fyddant yn gwrthdaro ag atomau niwtral, mae electronau ym mand falens yr atomau niwtral yn ennill egni ac yn neidio i'r band dargludiad, gan gynhyrchu parau tyllau electronau newydd, a elwir yn electronau eilaidd-parau tyllau. Gall y cludwyr eilaidd hyn hefyd wrthdaro ag atomau niwtral eraill o dan faes trydan cryf, gan gynhyrchu parau tyllau electronau newydd, gan achosi'r broses eirlithriadau sy'n cynhyrchu cludwyr newydd. Mewn geiriau eraill, mae un ffoton yn y pen draw yn cynhyrchu llawer o gludwyr, gan ehangu'r signal optegol o fewn yr APD. Yn strwythurol, y gwahaniaeth rhwng APD a photodiode PIN yw ychwanegu haen P ychwanegol. Dangosir strwythur APD yn Ffigur 3-18. Pan fo tueddiad gwrthdro, mae maes trydan cryf yn bodoli yn y gyffordd PN sydd rhwng yr haen I a'r haen N*. Unwaith y bydd y golau signal digwyddiad yn mynd i mewn i'r rhanbarth I o'r rhanbarth P* chwith, mae'n cael ei amsugno yn y rhanbarth I i gynhyrchu parau electron-twll. Mae'r electronau yn rhanbarth I yn drifftio'n gyflym i ranbarth cyffordd PN, ac mae'r maes trydan cryf yn y gyffordd PN yn achosi'r electronau i gynhyrchu effaith eirlithriad.
Yn strwythurol, mae'r gwahaniaeth rhwng APD a ffotodiod PIN yn gorwedd wrth ychwanegu haen ychwanegol, P. Dangosir strwythur APD yn y ffigur cywir. O dan ogwydd gwrthdro, mae maes trydan cryf yn bodoli yn y gyffordd PN sydd rhwng yr haenau I ac N+. Unwaith y bydd y golau signal digwyddiad yn mynd i mewn i'r rhanbarth I o'r rhanbarth P+ chwith, mae'n cael ei amsugno yn y rhanbarth I, gan gynhyrchu parau tyllau electronau. Mae'r electronau'n drifftio'n gyflym i ranbarth cyffordd PN, ac mae'r maes trydan cryf yn y gyffordd PN yn achosi effaith eirlithriad.
O'i gymharu â ffotodiodau PIN, mae'r ffotolif yn cael ei chwyddo'n fewnol gan yr APD, gan osgoi sŵn a gyflwynir gan gylchedau allanol. O safbwynt cyfartaledd ystadegol, gan dybio bod un ffoton yn cynhyrchu cludwyr M, mae hyn yn hafal i gymhareb allbwn ffotogyfrwng I ar ôl eirlithriad APD i'r ffotogyfrwng cychwynnol I cyn lluosi.
Yn y fformiwla, gelwir M yn ffactor lluosi.
Mae'r ffactor lluosi yn gysylltiedig â chyfradd ïoneiddiad y cludwyr gwefr, sy'n cyfeirio at nifer cyfartalog y parau tyllau electronau a gynhyrchir fesul uned pellter drifft. Mae'r gyfradd ionization electron a'r gyfradd ionization twll yn wahanol, a ddynodir gan ₀ a ₂, yn y drefn honno. Maent yn gysylltiedig â ffactorau megis foltedd gogwydd gwrthdro, lled rhanbarth disbyddu, a chrynodiad dopio, ac fe'u dynodir fel ₀.
Yn y fformiwla, k yw'r cyfernod ionization, sy'n fesur o berfformiad ffotosynhwyrydd.
Gellir rhoi effaith cyfradd ïoneiddiad ar M gan y fformiwla ganlynol:
Pan=0, dim ond electronau sy'n cymryd rhan yn y broses eirlithriadau, M=e^(-ω), ac mae'r cynnydd yn cynyddu'n esbonyddol gyda ω. Pan fydd ω=1 a -1, yn ôl hafaliad (3-26), M → ∞, a chwalfa eirlithriadau yn digwydd. Yn nodweddiadol, mae gwerth M yn amrywio o 10 i 500. Mae eirlithriad yn torri i lawr mewn APD oherwydd bod y foltedd gogwydd gwrthdro cymhwysol yn rhy fawr. O ystyried y berthynas agos rhwng M a’r foltedd bias gwrthdro, defnyddir fformiwla empirig yn gyffredin i ddisgrifio eu perthynas, h.y.:
Yn y fformiwla, mae n yn -fynegai nodweddion dibynnol ar dymheredd, n=2.5~7; Un yw'r foltedd chwalu eirlithriadau, sy'n amrywio o 70 i 200V ar gyfer gwahanol ddeunyddiau lled-ddargludyddion; U yw'r foltedd gogwydd gwrthdro, a gymerir yn gyffredinol fel 80% i 90% o UgR. Wrth ddefnyddio APD, mae'n hanfodol sicrhau bod y foltedd gweithredu yn cael ei gadw o dan y foltedd chwalu eirlithriadau er mwyn osgoi niweidio'r ddyfais.
