Fotodiodo a valanga

Un fotodiodo a valanga, brevemente detto APD (Avalanche PhotoDiod), è un particolare tipo di diodo che funziona come sensore ottico in grado di riconoscere una determinata lunghezza d'onda e di trasformare questo evento in un segnale elettrico di corrente amplificandolo al suo interno.

Struttura del fotodiodo a valanga

Un fotodiodo a valanga è sostanzialmente un fotodiodo particolare caratterizzato solitamente da 4 strati di semiconduttore drogati asimmetricamente. Abbiamo quindi, in sequenza, queste zone:

1. la zona p+, cioè una zona molto drogata con ${N_{a}}$ accettori;
2. la zona intrinseca di semiconduttore che come nel fotodio PiN, serve a tenere quasi costante il campo elettrico, ad aumentare l'efficienza quantica e a diminuire la capacità di giunzione;
3. la zona p, una zona drogata con ${N_{a}}$ accettori, ma in quantità inferiore alla prima;
4. la zona n+, zona caratterizzata dalla presenza di molti atomi ${N_{d}}$ donori.

La terza zona, o zona p, rappresenta la parte fondamentale del fotodiodo a valanga, perché permette l'effetto moltiplicativo o di guadagno delle cariche. In pratica, le cariche primarie protte nella zona intrinseca per effetto fotoconduttivo, creano un effetto a valanga che genera un numero elevato di cariche secondarie. Queste cariche secondarie quindi saranno quelle che generano la corrente prodotta dal fotodiodo.

Funzionamento circuitale

Dal punto di vista circuitale, il fotodiodo a valanga è quasi identico al fotodiodo.

Parametri di efficienza

Nel valutare i fotodiodi a valanga si utilizzano sempre due parametri di efficienza per valutare e compararne le prestazioni: il fattore moltiplicativo random e il fattore di rumore in eccesso.

M - Fattore Moltiplicativo random

Il Random Moltiplicator factor M è il rapporto tra il numero di EHP secondarie generate e il numero di EHP primarie ottenute per fotoconduttuività. Spesso il fattore M viene anche chiamato guadagno del fotodiodo.

F - Fattore di Rumore in eccesso

L'Excess Noise factor F è il rapporto tra la media del quadrato di M e il quadrato della media di M. Anch'essa ha un'equazione che la definisce:

Esiste una relazione tra i parametri di efficienza per cui:
$F={\bar {M}}^{x}$

Dove x dipende dal tipo di materiale drogante presente nella zona intrinseca.