La jonction PN et ses applications

La capacité des porteurs à réaliser des ionisations par impact est caractérisée par les coefficients d'ionisation ${\mathrm{\alpha }}_n$et ${\mathrm{\alpha }}_p$ pour les électrons et les trous respectivement. Ces quantités représentent les probabilités d'ionisation par unité de longueur ${\text{cm}}^{-1}$. ${\mathrm{\alpha }}_n$ et ${\mathrm{\alpha }}_p$augmentent avec le champ électrique dans la zone de charge d'espace (zce^[1]), et diminuent avec l'augmentation de la température dans la photodiode (car l'augmentation de la température augmente les collisions donc diminue les chances d'obtenir assez d'énergie cinétique pour générer de nouveaux porteurs). On définit le rapport d'ionisation $k$ tel que :

Typiquement, ce rapport d'ionisation est égal à 0,9 pour les APD au Germanium, 0,45 pour les APD au InGaAs et 0.02 pour les APD au Silicium. Les filières Silicium s'avèrent être les meilleures quant à la fabrication des APD, car plus le rapport d'ionisation est faible, meilleures sont les performances en termes de temps de réponse, de bruit et de gain. En effet, il n'est pas très bon que $k$ soit très proche de 1 car les trous comme les électrons ont la même probabilité de créer de nouveau porteur par ionisation par impact. Les trous créés vont aller dans une direction balayés par le champ électrique interne. Ces derniers vont créer des électrons qui vont aller dans la direction opposée et qui vont à leur tour créer des trous, etc., ce qui peut ne pas avoir de fin. Cela engendre de très grand gain, mais diminue la bande passante du dispositif par un temps de réponse prohibitif. Dans cette configuration, le bruit est également fortement détérioré à cause du caractère fortement aléatoire du processus d'ionisation par impact. On retrouve ce comportement dans les abaques de McIntyre qui prédisent la densité spectrale de bruit en fonction du gain et des coefficients d'ionisation des porteurs. Ainsi, lorsque $k$ tend vers 0, un seul type de porteur, les électrons en l'occurrence, ont une très grande probabilité de créer de nouvelles paires électron-trou. Le temps du processus de multiplication par l'ionisation par impact est donc limité et s'arrête lorsque le dernier électron quitte la zone de multiplication. En contrepartie, le gain est lui aussi limité par cette configuration.