دیود بهمنی تک فوتونی

دیود بهمنی تک فوتونی ( اس پی ای دی ) یک آشکارساز نوری حالت جامد در همان خانواده دیودهای نوری و دیودهای نوری بهمن ( APDs ) است، در حالی که کار دیود را انجام می دهد. همانند فوتودیودها و ای پی دی ها، یک اس پی ای دی در اطراف یک پیوند نیم رسانا p - n مستقر شده است که می تواند با تابش یوننده مانند گاما، اشعه ایکس، بتا و ذرات آلفا همراه با بخش وسیعی از طیف الکترومغناطیسی از اشعه فرابنفش ( UV ) روشن شود. از طریق طول موج های قابل مشاهده و به مادون قرمز ( IR ) .
در یک فوتودیود، با ولتاژ بایاس معکوس کم، جریان نشت با جذب فوتون ها، یعنی آزاد شدن حامل های جریان ( الکترون ها/حفره ها ) به دلیل اثر فوتوالکتریک داخلی، به صورت خطی تغییر می کند. با این حال، در یک اس پی ای دی، [ ۱] [ ۲] بایاس معکوس به حدی زیاد است که پدیده ای به نام یونش ضربه ای رخ می دهد و قادر به ایجاد جریان بهمنی است. به سادگی، یک فوتون حامل تولید شده توسط میدان الکتریکی موجود در قطعه به یک انرژی جنبشی پُرشتاب می شود که برای غلبه بر انرژی یونش مواد بدنه کافی است، و الکترون ها را از اتم خارج می کند. بهمن بزرگی از حامل های جریان به صورت نمایی رشد می کند و می تواند از تعداد حامل های یک فوتون آغاز شود. یک اس پی ای دی قادر به شناسایی تک فوتون های ارائه دهنده پالس های محرک کوتاه مدت است که قابل شمارش هستند. با این حال، به دلیل سرعت بالایی که در بهمن ایجاد می شود و زمان لرزش کم دستگاه نیز می توان از آن ها برای بدست آوردن زمان رسیدن فوتون برتابش ( incident photons ) استفاده کرد.
تفاوت اساسی بین اس پی ای دی ها و ای پی دی ها یا دیودهای نوری این است که اس پی ای دی کاملاً بالاتر از ولتاژ شکست بایاس معکوس است و ساختاری دارد که اجازه می دهد بدون صدمه یا نویز ناخواسته کار کند. در حالی که یک ای پی دی قادر است به عنوان یک تقویت کننده خطی عمل کند، سطح یونیزاسیون ضربه و بهمن در اس پی ای دی محققان را بر آن داشته است که دستگاه را به یک شمارنده Geiger که در آن پالس های خروجی نشانگر یک ماشه یا "کلیک" است تشبیه کنند؛ بنابراین ناحیه بایاس دیود که باعث این نوع رفتار "کلیک" می شود، ناحیه " حالت گایگر " نامیده می شود.
همانند دیودهای نوری، ناحیه طول موج که در آن بیشترین حساسیت را دارد از خواص عنصری آن است، به ویژه گنگ باند انرژی در داخل نیم رسانا. مواد زیادی از جمله سیلیکون، ژرمانیم و سایر عناصر III - V برای ساخت اس پی ای دی برای کاربردهای متنوعی که اکنون از روند بهمن فرار استفاده می کنند، استفاده شده است. تحقیقات زیادی در این زمینه با فعالیت پیاده سازی سیستم های مبتنی بر اس پی ای دی در فن آوری های ساخت سیماس، [ ۳] و تحقیق و استفاده از ترکیبات مواد III - V[ ۴] برای تشخیص تک فوتون در طول موج های اختصاصی وجود دارد.