バイアス電圧はピジシャルフォトダイオードの性能にどのような影響を与えますか?

ちょっと、そこ！ピジシャルフォトダイオードのサプライヤーとして、私はバイアス電圧がこれらの小さな装置の性能にどのような影響を与えるかについてたくさんの質問を受けてきました。そこで、このブログ投稿でじっくりと説明してみようと思いました。

まず、ピジシャルフォトダイオードとは何かを簡単に説明します。光を電流に変換する光検出器の一種です。ピジシャルフォトダイオードは、光ファイバー通信システムから医療機器に至るまで、幅広い用途で使用されています。さまざまな波長の光を検出でき、非常に感度が高いため、非常に便利です。

さて、バイアス電圧について話しましょう。バイアス電圧は基本的にフォトダイオードに印加する外部電圧です。フォトダイオードがどのように動作するかにおいて重要な役割を果たします。バイアス電圧がピジシャル フォトダイオードの性能に影響を与える重要な要因がいくつかありますので、1 つずつ説明します。

感度

フォトダイオードの性能の最も重要な側面の 1 つは感度です。感度とは、フォトダイオードが光をどの程度検出して電気信号に変換できるかを指します。バイアス電圧は、ピジシャル フォトダイオードの感度に大きな影響を与える可能性があります。

バイアス電圧を増加すると、フォトダイオードの空乏領域が広がります。空乏領域は、フォトダイオード内の電荷キャリアがほとんど存在しない領域です。空乏領域が広いということは、より多くの光子を吸収して電子 - 正孔ペアに変換できることを意味します。その結果、フォトダイオードは光に対してより敏感になります。

ただし、落とし穴があります。バイアス電圧を上げすぎると、暗電流の増加につながる可能性があります。暗電流とは、光が存在しない場合でもフォトダイオードを流れる電流です。暗電流が高いと信号対ノイズ比が低下する可能性があり、信号とノイズを区別することが難しくなります。したがって、暗電流をあまり増加させずに感度を最大化するには、バイアス電圧の適切なバランスを見つける必要があります。

応答時間

もう 1 つの重要な要素は、フォトダイオードの応答時間です。応答時間は、フォトダイオードが光強度の変化にどれだけ早く応答できるかです。バイアス電圧は応答時間に大きな影響を与える可能性があります。

一般に、バイアス電圧が高いほど、応答時間は速くなります。より高いバイアス電圧を印加すると、空乏領域の電界が強くなります。このより強い電場は、吸収された光子によって生成された電荷キャリア (電子と正孔) の移動を加速します。その結果、電荷キャリアはより早くフォトダイオードの電極に到達できるようになり、応答時間が短縮されます。

これは、高速光ファイバー通信システムなど、高速に変化する光信号を検出する必要があるアプリケーションでは特に重要です。たとえば、155M 1.25G PIN - TIA フォトダイオード適切なバイアス電圧により、フォトダイオードが高速データ伝送に確実に対応できるようになります。

ノイズ

前に述べたように、バイアス電圧はフォトダイオードのノイズ レベルに影響を与える可能性があります。ノイズは、検出しようとしている実際の信号を妨害する可能性がある不要な電気信号です。フォトダイオードには、ショット ノイズや熱ノイズなど、いくつかの種類のノイズがあります。

ショット ノイズは、電荷キャリアの生成と収集のランダムな性質に関連しています。バイアス電圧を上げると暗電流が増加し、ショットノイズが増加します。熱ノイズは、温度による電子のランダムな動きによって発生します。バイアス電圧は熱雑音に直接影響しませんが、より高いバイアス電圧による消費電力の増加によりフォトダイオードの温度が上昇し、熱雑音が増加する可能性があります。

ノイズを最小限に抑えるには、バイアス電圧を慎重に選択する必要があります。場合によっては、熱ノイズを低減するためにフォトダイオードを冷却するなどの追加技術を使用する必要があるかもしれません。

耐電圧

すべてのフォトダイオードにはブレークダウン電圧があります。ブレークダウン電圧は、フォトダイオードが制御されずに大量の電流を流し始める前に耐えることができる最大バイアス電圧です。ブレークダウン電圧よりも高いバイアス電圧を印加すると、フォトダイオードが損傷する可能性があります。

ピジシャルフォトダイオードを動作させるときは、降伏電圧を十分に下回る値に保つことが重要です。通常、弊社製品のデータシートには、次のような耐圧仕様が記載されています。ピグテール付きミニフォトダイオード。このようにして、お客様はフォトダイオードを安全な動作範囲内で使用していることを確認できます。

さまざまな種類のピジシャル フォトダイオードとバイアス電圧

ピジシャル フォトダイオードには、PIN フォトダイオードや APD (アバランシェ フォトダイオード) フォトダイオードなど、さまざまな種類があり、バイアス電圧に対する応答が異なります。

PIN フォトダイオードは比較的単純で、多くのアプリケーションで一般的に使用されています。バイアス電圧要件は比較的低く、通常は数ボルトの範囲です。上述したように、PIN フォトダイオードのバイアス電圧は主に感度と応答時​​間に影響を与えます。

一方、APD フォトダイオードは感度が高く、長距離光ファイバー通信など、高感度検出が必要なアプリケーションでよく使用されます。 APD フォトダイオードは、場合によっては数十ボルト、さらには数百ボルトの範囲に及ぶ、はるかに高いバイアス電圧を必要とします。高いバイアス電圧はアバランシェ効果を生み出すために使用され、吸収された光子によって生成された電荷キャリアが衝突イオン化を通じてより多くの電荷キャリアを生成することができます。これにより、APD フォトダイオードの感度が大幅に向上します。たとえば、私たちの155M 2.5G APD - TIA フォトダイオードは、特定のバイアス電圧を使用して高性能機能を実現します。

最適なバイアス電圧を見つける

では、ピジシャルフォトダイオードの最適なバイアス電圧はどのように見つければよいのでしょうか?まあ、それは特定のアプリケーションによって異なります。高感度と高速応答時間が必要な場合は、バイアス電圧を上げる必要があるかもしれませんが、ノイズ レベルにも注意する必要があります。

場合によっては、テストと調整を行う必要があるかもしれません。さまざまなバイアス電圧でフォトダイオードの性能を測定し、感度、応答時間、ノイズなどのパラメータを調べることができます。次に、特定のアプリケーションに対して最高の全体的なパフォーマンスが得られるバイアス電圧を選択できます。

サプライヤーとして、当社は常にお客様がニーズに合った適切なバイアス電圧を見つけられるようお手伝いいたします。当社には、ピジシャル フォトダイオードを最適に動作させる方法に関する技術サポートとアドバイスを提供できる専門家チームがいます。

結論

結論として、バイアス電圧はピジシャル フォトダイオードの性能に大きな影響を与えます。感度、応答時間、ノイズに影響し、高すぎるとフォトダイオードが損傷する可能性もあります。ピジシャル フォトダイオードのタイプが異なれば、必要なバイアス電圧も異なります。これらのデバイスから最高のパフォーマンスを引き出すには、最適なバイアス電圧を見つけることが重要です。

ピジシャル フォトダイオードをご検討中の場合、またはバイアス電圧とその影響についてご質問がある場合は、お気軽にお問い合わせください。当社は、お客様の調達ニーズをサポートし、お客様の用途に最適なフォトダイオードを確実に入手できるようお手伝いいたします。必要かどうかピグテール付きミニフォトダイオード、155M 1.25G PIN - TIA フォトダイオード、または155M 2.5G APD - TIA フォトダイオード、私たちはあなたをカバーします。お客様の要件について話し合い、どのように協力できるかを考えてみましょう。

参考文献

• Sze、SM、Ng、KK (2007)。半導体デバイスの物理学。ワイリー。
• BEA のサレハ、MC のタイヒ (2007)。フォトニクスの基礎。ワイリー。