Çığ fotodiyodu (APD), gelen fotonlar tarafından üretilen taşıyıcıların darbe iyonizasyonuna maruz kaldığı çığ etkisini kullanarak çalışan bir tür fotodetektördür. Bir APD’de, bir foton yarı iletken malzemeye çarptığında bir elektron-delik çifti oluşturur. Yüksek bir ters öngerilim voltajı altında, bu taşıyıcılar kristal kafesteki ilave atomları iyonize etmek için yeterli enerji kazanır ve çığ çoğalması olarak bilinen bir kademeli etki yaratır.
Bu, standart bir fotodiyota kıyasla önemli ölçüde daha yüksek bir dahili kazançla sonuçlanır ve başlangıçtaki fotoakımı güçlendirir. Bu dahili amplifikasyon, APD’leri düşük yoğunluklu ışık sinyallerine karşı oldukça hassas hale getirerek, zayıf optik sinyalleri normal fotodiyotlardan daha etkili bir şekilde tespit etmelerine olanak tanır.
Çığ diyotları, çığ fotodiyotlarına benzer şekilde çalışan ancak ışık tespiti için özel olarak tasarlanmayan yarı iletken cihazlardır.
Bunun yerine elektronikte voltaj regülasyonu, aşırı voltaj koruması ve yüksek hızlı anahtarlama gibi uygulamalar için kullanılırlar. Bir çığ diyotunda, ters öngerilim voltajı, tükenme bölgesi boyunca hızlandırılan taşıyıcıların darbe iyonizasyonuna maruz kalacağı ve bunun sonucunda kontrollü bir çığ kırılması sağlanacak şekilde ayarlanır.
Bu özellik, çığ diyotlarının sabit bir arıza voltajını korumasına ve devrelerdeki voltaj yükselmelerine veya dalgalanmalarına karşı koruma sağlamasına olanak tanır.
Çığ fotodiyotlarının formülü, kazancı ve ters öngerilim altında çalışmasıyla ilgilidir. Bir APD’nin çarpma faktörü veya kazancı (M), M = 1 / (1 – α) ile verilir; burada α, birim uzunluk başına darbe iyonizasyonu olasılığını temsil eden iyonizasyon katsayısıdır.
Bu formül, gelen fotonlar tarafından üretilen ilk foto akımın, çığ etkisi yoluyla nasıl amplifikasyona uğradığını ve APD içinde çarpılan elektron-delik çiftlerinin sayısıyla orantılı olarak daha yüksek bir çıkış akımına yol açtığını gösterir.
Bir çığ fotodiyodu (APD) ile normal bir fotodiyot arasındaki temel fark, dahili amplifikasyon mekanizmaları ve hassasiyet seviyelerinde yatmaktadır.
Her iki fotodiyot türü de ışığı elektrik akımına dönüştürürken, APD’ler yarı iletken malzeme içindeki taşıyıcıların çığ gibi çoğalmasına neden olan yüksek bir ters öngerilim voltajı içerir. Bu dahili kazanç mekanizması, APD’lerin normal fotodiyotlara kıyasla daha yüksek hassasiyet ve daha düşük gürültü elde etmesini sağlar. Buna karşılık, normal fotodiyotlar yalnızca fotovoltaik etkiye dayanır; burada gelen fotonlar, amplifikasyon olmadan doğrudan fotoakıma katkıda bulunan elektron-delik çiftleri üretir.
Bu nedenle APD’ler, telekomünikasyon, spektroskopi ve bilimsel araştırma gibi zayıf optik sinyallerin veya düşük ışıklı ortamların tespitini gerektiren uygulamalarda tercih edilir.
Çığ fotodiyotları (APD’ler), onları belirli uygulamalarda avantajlı kılan çeşitli temel özellikler sergiler. Başlıca özelliklerinden biri, yüksek ters öngerilim voltajı altında taşıyıcıların çığ gibi çoğalmasıyla elde edilen yüksek iç kazançtır.
Bu, APD’lerin standart fotodiyotlarla karşılaştırıldığında düşük yoğunluklu optik sinyallere karşı önemli ölçüde daha yüksek hassasiyet elde etmesine olanak tanır. Diğer bir özellik ise dış gürültü kaynaklarının etkisini azaltan dahili amplifikasyon sürecine atfedilen düşük gürültü performansıdır. APD’ler ayrıca yüksek bant genişliği yetenekleri sunarak onları yüksek hızlı optik iletişim ve algılama sistemleri için uygun hale getirir.
Ancak APD’ler, optimum performansı ve kararlılığı korumak için hassas öngerilim ve sıcaklık kontrolü gerektirir. Bu özellikler toplu olarak, zayıf optik sinyallerin yüksek hassasiyet ve güvenilirlikle tespit edilmesinin kritik olduğu uygulamalarda APD’leri değerli kılar.