6、硅光电探测器与跨阻放大器设计详解

硅光电探测器与跨阻放大器设计详解

在光通信系统中，硅光电探测器与跨阻放大器是实现光信号转换与处理的关键部件。下面将详细介绍硅光电探测器的类型、工作原理以及跨阻放大器的设计要点。

1. 硅光电探测器

1.1 光检测原理

当光子进入硅衬底时，会产生电子 - 空穴对。这些载流子的运动遵循漂移和扩散机制。在半导体中，电子电荷的传输主要由两种物理因素引起：电场导致少数载流子的漂移电流，而多数载流子的浓度梯度则产生扩散电流。由于漂移载流子的运动由电场驱动，其有效电荷位移速度比依赖随机热运动的扩散电流快得多。

在光接收器中，只有本征带间吸收机制是相关的，这也是硅中的主要吸收机制。要使电子从价带跃迁到导带，激发能量必须超过材料的带隙能量。对于硅而言，波长必须小于 1110nm 才能被吸收。目前，较低的光纤成本和垂直腔面发射激光器（VCSEL）光源的可用性，推动了 850nm 短距离窗口的应用。

硅中的载流子产生深度（即光穿透深度）取决于入射光的波长。通过在吸收区域周围施加电场，可以在复合之前分离产生的电子 - 空穴对，并将其收集到器件的接触区域，只有少量会因复合而损失。基于这一原理，人们开发了多种适用于光通信的探测器拓扑结构，如 PN 和 PIN 二极管、雪崩光电二极管（APD）以及金属 - 半导体 - 金属（MSM）探测器。

1.2 PIN 光电二极管

PIN 光电二极管是在 p - n 二极管的基础上，通过在 n 型和 p 型掺杂区域之间引入本征区域而形成的。在足够高的电场作用下，耗尽区可以覆盖整个本征部分，载流子将以接近饱和速度在耗尽区中运动，此时扩散电流仅限于掺杂区域。

载流子的渡