دیود نوری بهمنی

دیود بهمنی در الکترونیک دیودی است که به نحوی طراحی شده که در یک ولتاژ بایاس معکوس شکست بهمنی پیدا کند. اتصال یک دیود بهمنی به نحوی طراحی می‌شود که از تمرکز جریان در نقاط داغ جلوگیری کند تا دیود در شکست ها آسیب نبیند. شکست بهمنی به دلیل شتاب یافتن حامل های اقلیت به حدی که در شبکه کریستالی، یونش ایجاد کنند و ایجاد حاملان بیشتر که نتیجتاً یونش را بیشتر می‌کند رخ می‌دهد. دیود نوری بهمنی (avalanche photo diode) یا فوتودیود بهمنی، نوعی دیود نوری بسیار حساس است که با استفاده از اثر فوتوالکتریک، نور را به جریان الکتریکی تبدیل می‌کند. APD را می‌توان به عنوان یک فوتودیود تصور کرد که در داخل آن یک طبقه بهره، در نتیجه فرایند ضرب بهمنی ایجاد می‌شود.

هنگامی که یک فوتون نور وارد این فوتودیود می‌شود و با یکی از پیوندهای کووالانسی موجود بین اتم‌های نیمه هادی برخورد می‌کند، بعلت دارا بودن انرژی بالا موجب شکستن پیوند و آزاد شدن یک الکترون و حفره می‌شود. الکترون ایجاد شده به علت وجود میدان الکتریکی قوی در داخل دیود، شتاب گرفته و با سرعت به سایر پیوندها برخورد کرده و یک الکترون جدید آزاد می‌شود و این چرخه تا قطع شدن نور ادامه دارد. بدین ترتیب به ازای یک فوتون ورودی چندین الکترون تولید می‌شود که از آن به عنوان تقویت یا بهره یاد می‌شود. در فوتودیود معمولی به ازای یک فوتون دریافتی، یک الکترون تولید می‌شود. با اعمال ولتاژ معکوس بالا (۱۰۰ تا ۲۰۰ ولت در دیودهای سیلیسیومی)، بهره جریان داخلی زیادی (تقریبا ۱۰۰) در اثر ضرب بهمنی ایجاد می‌شود.

همچنین در بعضی از APDهای سیلیکونی، از ناخالصی‌های جایگزین استفاده می‌شود که امکان افزایش ولتاژ معکوس تا ۱۵۰۰ ولت، بهره داخلی را به بالاتر از ۱۰۰۰ رساند. در حالت کلی هر چقدر ولتاژ معکوس افزایش یابد بهره داخلی نیز بیشتر می‌شود اما باید شکست دیود هم در نظر گرفته شود. به علت اینکه بهره این دیود نوری وابسته به دما و ولتاژ معکوس اعمالی است لذا برای دستیابی به بهره ثابت، ولتاژ معکوس باید به طور دقیق کنترل شود.[۱] یکی از کاربردهای این فوتودیود در فیبر نوری در سمت گیرنده است. سیگنال نوری ضعیفی که از فیبر خارج می‌شود، توسط APD یک مرحله تقویت شده و وارد طبقه بعدی می‌شود.