Photodiodes

Nous proposons des photodiodes en céramique et en métal qui offrent les caractéristiques suivantes :

• Gain élevé à une faible tension de polarisation
• Temps de montée rapide avec faible capacité
• Haute sensibilité

• Scanners laser (LIDAR)
• Télémètres laser
• Alignement laser
• Instruments d’analyse
• Photométrie de précision
• Équipement médical
• Communications optiques à haut débit

Les photodiodes fonctionnent selon le principe de l’effet photoélectrique. Elles sont composées d’une jonction p-n, dans laquelle des paires électron-trou libres sont créées par l’absorption de photons. Le flux de photons par unité d’angle solide est appelé l’intensité lumineuse. En introduisant des dopants dans le silicium, un champ électrique est créé, qui guide les porteurs de charge générés vers les contacts métalliques. En polarisation inverse, un photocourant proportionnel à l’intensité lumineuse peut être mesuré.

Le choix d’une photodiode dépend des exigences spécifiques de chaque application, notamment la taille de la zone active et la géométrie de l’ouverture (circulaire, carrée, rectangulaire), la longueur d’onde de la lumière incidente, le temps de réponse requis et la bande passante (dans le cas d’une source lumineuse incidente pulsée), la nécessité d’une amplification (niveau de puissance du signal optique) et d’autres paramètres optoélectriques (tels que le courant d’obscurité, la capacité et la sensibilité).

L’application d’une tension négative à un nœud et d’une tension positive à la cathode est appelée « polarisation inverse ». Cette configuration permet d’attirer les électrons libres de la couche N vers la borne positive, et les trous de la couche P vers la borne négative.  La polarisation inverse augmente la taille de la zone de déplétion, ce qui a pour effet de ne laisser passer que le flux de courant causé par la lumière incidente. En raison de l’intensité de champ plus élevée dans cette zone, le temps de réponse est plus rapide.

Un réseau de photodiodes est une structure constituée soit d’une série de photodiodes individuelles (réseau discret) disposées de manière unidimensionnelle ou bidimensionnelle, soit de plusieurs zones actives intégrées sur une seule puce (réseau monolithique).

Les photodiodes à avalanche (également appelées APD) fonctionnent grâce à un mécanisme de gain interne basé sur l’effet d’avalanche. Ce mécanisme de gain les rend adaptées à la conversion de signaux optiques faibles en courant électrique mesurable. Elles peuvent être conçues pour fonctionner selon deux régimes principaux : la dépendance linéaire et la non-linéarité de la tension inverse. Le régime non linéaire est également appelé mode Geiger.

Les photons qui entrent en collision dans les diodes standard génèrent des paires électron-trou, fournissant ainsi un photocourant mesurable. Cependant, dans les APD, la tension de polarisation inverse appliquée déclenche une avalanche qui accélère les paires électron-trou. Cette avalanche provoque une ionisation d’impact qui introduit d’autres électrons dans la bande de conduction. Les électrons nouvellement introduits absorbent plus d’énergie et élèvent encore plus d’électrons vers la bande de conduction. Ce processus, appelé rupture d’avalanche, permet d’atteindre un facteur de multiplication de plusieurs centaines pour le détecteur.

Les photodiodes à avalanche (APD) sont également utilisées pour des applications à fréquence de modulation élevée. Aux fréquences d’environ 60 MHz, le niveau de bruit accru par l’effet d’avalanche est généralement inférieur au niveau produit par une combinaison d’une photodiode conventionnelle avec une électronique de gain externe. Les APD sont couramment utilisées dans les scanners laser, les systèmes LIDAR, les instruments d’analyse, ainsi que dans les mesures de distance et de vitesse.

Le fonctionnement des capteurs à photodiodes est basé sur une jonction p-n (positif-négatif) dans le semi-conducteur en silicium. Lorsqu’un détecteur reçoit des photons avec suffisamment d’énergie, cela crée des porteurs de charge (appelés paires électron-trou). Ces porteurs de charge sont ensuite séparés dans la zone de charge d’espace, générant ainsi un courant électrique appelé photocourant.

La diode PIN est constituée d’une zone semi-conductrice quasi intrinsèque, qui se trouve généralement dans la zone de charge d’espace et est placée entre une diode de type p et un substrat de type n. Toutefois, ce terme est également utilisé pour les composants à conductivité inverse, tant qu’aucun autre effet non linéaire n’est utilisé dans le composant.

Un photodétecteur ou hybride est un dispositif qui combine une photodiode avec un amplificateur de transimpédance (TIA). La photodiode convertit la lumière incidente en courant électrique, qui est ensuite converti en tension par le TIA. Le TIA peut également amplifier le signal électrique.

La sortie d’un photodétecteur est une tension, alors qu’une photodiode produit un courant électrique en sortie.

La photodiode PIN est une photodiode ordinaire avec une jonction p-n qui est couramment utilisée pour une large gamme d’applications. En revanche, l’APD est une photodiode dotée d’un mécanisme de gain interne qui est utilisé pour amplifier les signaux de faible luminosité, notamment dans la mesure du temps de trajet LIDAR.