Значење ПИН-а (Пост-Интринсиц-Негативе) је да се слој полупроводничког материјала са веома ниском концентрацијом допинга (као што је Си) убацује између полупроводничких материјала типа П- и Н-. Овај слој се означава као И (Интринсиц) и назива се унутрашњим регионом. Структура аПИН фотодиода(ПИН-ПД) је приказан на левој слици. На слици, након што упадна светлост уђе из П* региона, апсорбује се не само у области исцрпљивања, већ и ван региона исцрпљивања. Ове апсорпције формирају дифузиону компоненту у фотоструји. На пример, електрони у П* региону прво дифундују на леву границу исцрпљеног региона, а затим пролазе кроз регион осиромашења да би дошли до Н* региона. Слично, рупе у Н' региону дифундују до десне границе региона исцрпљивања пре него што прођу кроз регион исцрпљивања да би дошли до П* региона. Фотоструја у области исцрпљивања назива се дрифт компонента, а време њеног ширења углавном зависи од ширине области исцрпљивања. Очигледно је да је време простирања компоненте дифузионе струје дуже него код компоненте струје дрифта. Као резултат, задња ивица импулса излазне струје фотодетектора се продужава, а резултујуће временско кашњење ће утицати на брзину одзива фотодетектора.
Ако је област исцрпљивања уска, већина фотона ће доћи до Н+ региона пре него што их апсорбује регион исцрпљивања. У овом региону, електрично поље је веома слабо и не може да одвоји електроне и рупе, што резултира релативно ниском квантном ефикасношћу.
Ужа ширина области исцрпљивања *в* резултира већом капацитивношћу споја и већом временском константом РЦ, што је штетно за{0}}брзи пренос података.
Узимајући у обзир време помака и ефекте капацитивности споја, пропусни опсег фотодиоде се може изразити као:
У формули, Р1је отпор оптерећења.
Горња анализа показује да је повећање ширине области исцрпљивања од суштинског значаја.
Као што је приказано на горњој слици, ширина И-региона је много већа од ширине региона П+ и Н+. Због тога се више фотона апсорбује у И-области, повећавајући квантну ефикасност уз одржавање мале дифузионе струје. Напон обрнутог преднапона ПИН фотодиоде може се подесити на мању вредност јер је дебљина њеног исцрпљеног региона у суштини одређена ширином И- региона.
Наравно, шири И{0}}регион није увек бољи. Већа ширина (в) резултира дужим временом дрифта за носиоце у области исцрпљивања, чиме се ограничава пропусни опсег. Стога је неопходно свеобухватно разматрање. Пошто различити полупроводнички материјали имају различите коефицијенте апсорпције за различите таласне дужине светлости, ширина унутрашњег региона (И-област) варира. На пример, ширина И- региона Си ПИН фотодиоде је приближно 40 мм, док је ИнГаАс ПИН фотодиода приближно 4 мм. Ово одређује различите пропусне опсеге и опсеге таласних дужина фотодетектора направљених од ова два различита материјала: Си ПИН фотодиоде се користе у опсегу од 850 нм, док се ИнГаАс ПИН фотодиоде користе у опсегу од 1310 нм и 1550 нм.
(АПД) Лавина фотодиода
АПД (Аваланцхе Пхотодиоде) је високо осетљив фотодетектор који користи ефекат лавине за умножавање фотострује. Принцип ефекта лавине је следећи: Упадна сигнална светлост генерише почетне парове електронских-рупа у АПД-у. Због високог реверзног напона примењеног на АПД, ови парови електронских-рупа убрзавају под утицајем електричног поља, добијајући значајну кинетичку енергију. Када се сударе са неутралним атомима, електрони у валентном појасу неутралних атома добијају енергију и скачу у појас проводљивости, стварајући тако нове парове електронских-рупа, који се називају секундарни парови електронских-рупа. Ови секундарни носачи такође могу да се сударе са другим неутралним атомима под јаким електричним пољем, стварајући нове парове електронских-рупа, изазивајући тако лавински процес који производи нове носаче. Другим речима, један фотон на крају генерише много носача, појачавајући оптички сигнал унутар АПД-а. Структурно, разлика између АПД и ПИН фотодиоде лежи у додавању додатног П слоја. Структура АПД-а је приказана на слици 3-18. Када је обрнуто пристрасно, снажно електрично поље постоји у ПН споју у сендвичу између И слоја и Н* слоја. Једном када упадна сигнална светлост уђе у И регион из левог П* региона, апсорбује се у И региону да генерише парове електрон-рупа. Електрони у И региону брзо одлазе у регион ПН споја, а јако електрично поље у ПН споју узрокује да електрони произведу ефекат лавине.
Структурно, разлика између АПД и ПИН фотодиоде лежи у додавању додатног слоја, П. Структура АПД-а је приказана на десној слици. Под обрнутом пристрасношћу, снажно електрично поље постоји у ПН споју у сендвичу између И и Н+ слојева. Када упадна сигнална светлост уђе у И регион из левог П+ региона, апсорбује се у И региону, стварајући парове електронских-рупа. Електрони брзо одлазе у регион ПН споја, а јако електрично поље у ПН споју изазива ефекат лавине.
У поређењу са ПИН фотодиодама, фотоструја се интерно појачава помоћу АПД-а, чиме се избегава шум који уноси спољашња кола. Из перспективе статистичког просека, под претпоставком да један фотон генерише М носача, ово је једнако односу фотострује И излаза након АПД лавине према почетној фотоструји И пре множења.
У формули, М се назива фактор множења.
Фактор множења је повезан са брзином јонизације носилаца наелектрисања, која се односи на просечан број парова електронских-рупа генерисаних по јединици удаљености одступања. Брзина јонизације електрона и брзина јонизације рупа су различите, означене са ₀ и ₂, респективно. Они су повезани са факторима као што су напон обрнутог преднапона, ширина области исцрпљивања и концентрација допинга, и означени су као ₀.
У формули, к је коефицијент јонизације, који је мера перформанси фотодетектора.
Ефекат брзине јонизације на М може се дати следећом формулом:
Када је=0, само електрони учествују у процесу лавине, М=е^(-ω), а појачање расте експоненцијално са ω. Када ω=1 и -1, према једначини (3-26), М → ∞, долази до слома лавине. Типично, вредност М се креће од 10 до 500. Лавини слом у АПД-у настаје зато што је примењени напон обрнутог преднапона превелик. Узимајући у обзир блиску везу између М и обрнутог преднапона, емпиријска формула се обично користи за описивање њиховог односа, тј.
У формули, н је температурни{0}}зависни индекс карактеристике, н=2.5~7; Ун је лавински пробојни напон, који варира од 70 до 200В за различите полупроводничке материјале; У је напон обрнутог преднапона, који се генерално узима као 80% до 90% УгР. Када користите АПД, неопходно је осигурати да се радни напон одржава испод напона пробоја лавине како бисте избегли оштећење уређаја.
