单光子雪崩二极管

单光子雪崩二极管(英语:single-photon avalanche diode,缩头字SPAD)是一种半导体光感测器。它本质上是一种p-n接面二极管,与光电二极管雪崩光电二极管 (APD)属于同一系列。它可以侦测伽玛射线X射线β粒子α粒子游离辐射,也可以侦测紫外线可见光红外线之间的大部分电磁波

用于可见光光学的商用单光子雪崩二极管模组

一般的光电二极管具有较低的逆向偏压,漏电流随着光子的吸收而线性变化,即由于pn接面空乏层内部光电效应而释放载子电子和/或电洞)。

然而,SPAD 的逆向偏压非常高,以至于能发生所谓的碰撞电离英语impact ionisation突崩溃现象。具体来说,光电效应所产生的载子被元件中的电场加速,使它的动能足以克服块材的电离能,得以将电子从原子中击出,这就是碰撞电离英语impact ionisation,所产生的电子称为次级电子。然后次级电子又经历相同的碰撞电离过程,使电子数量倍增。如此一来,电子数量呈指数增长,这就是突崩溃。最少只要一个光子就能触发SPAD的突崩溃,所以SPAD能够侦测单个光子。


操作

结构

SPAD是基于p-n接面半导体元件,必须在逆向偏压下运作,而且工作电压高于崩溃电压

偏压区域和电流-电压特性