2。2  基于盖革模式的雪崩光电二极管的电气特性参数

1、倍增因子

    倍增因子是APD在反偏电压的作用下，受到一定的光照下在测得的电流iph与倍增之前的光电流ipho之比

                      Mph=                                  （2。1）

    由于电子—空穴对产生碰撞的位置，激发二次电子—空穴对的数量是随机的，所以雪崩倍增过程是一个很复杂的过程。因此，一般采用平均增益Mph表示倍增的大小。

                     Mph=                               （2。2）

    其中U为外加偏置电压，UB为反向击穿电压。n为调整参数，它取决于半导体材料、器件结构和入射辐射的波长，对于Si，n=1。5~4，对于Ge，n=2。5~3。从公式中看出，当U接近UB时，Mph迅速增长。如果Mph达到105，此时若有光子射入，光生载流子将会雪崩，产生较大的自持雪崩电流。

2、带宽

    APD的带宽也是十分关键的一个参数。渡越时间、雪崩建立时间和RC时间常数通常都为影响其数值的关键因素。渡越时间t是APD内载流子穿过耗尽层所需要的时间，

t=                                 （2。3）

    其中v指载流子漂移速度，W指耗尽层宽度。

    当APD没有出现雪崩的时候，这个时候M<，这种情况下，带宽只由RC时间常数和载流子的渡越时间决定，与其他因素无关。当M>时，倍增建立的时间将影响到带管，载流子的雪崩倍增越大，雪崩建立时间越长，其对带宽影响越大。文献综述

    为了达到告诉响应的目的，硅材料的APD采用了薄倍增层工艺，使其在带宽和噪声特性上具有更好的效果。

3、暗电流

    对于APD，即使没有光照入射，依然能够输出微小的电信号。这是因为光电子并不是APD内唯一的电流输出，在半导体内部依然存在的热电子发射等其他因素导致产生自由载流子，这些载流子可以再外加电场的作用下产生电流，由于是在没有光照的情况下产生的噪声，所以称之为暗电流。暗电流对光探测有很大的影响，所以采取措施减小暗电流。

    APD的暗电流由器件本身的暗电流还有表面漏电组成。本体暗电流产生的原因为PN结热散发、隧穿效应以及被材料缺陷俘获的载流子，这些载流子由于外电场的作用，会产生雪崩效应而产生倍增。对于这种情况可以通过降低温度来改善。表面的漏电流是和APD本身缺陷和反偏电压所相关的，这些因素不受雪崩效应影响。可以采用保护环结构，有效地减小表面漏电流。

2。3  小结

    本节主要介绍了硅材料的Gm-APD的性质和特点，Gm-APD具有探测灵敏度高，响应速度快，体积小，偏置电压的要求低等优点。为了更好地了解GM-APD的性能，还对其电气特性进行了分析，包括倍增因子、带宽和暗电流。了解了各个参数对其性能的影响，方便对整体性能的优化设计。

3  多像素光子计数器（MPPC）的研究

3。1  多像素光子计数器的理论基础

多像素光子计数器是硅光电倍增管的一种，与传统的硅光电倍增管不同，MPPC是利用了在盖革模式下工作的多像素雪崩光电二极管。虽然它本质上是一种光电半导体器件，但是它具有杰出的光子计数性能，可以被应用到多种领域，尤其是在微弱光探测领域。