理論上,在倍增區(qū)中可采用任何半導(dǎo)體材料:
硅材料適用于對(duì)可見光和近紅外線的檢測(cè),且具有較低的倍增噪聲(超額噪聲)。
鍺(Ge)材料可檢測(cè)波長(zhǎng)不超過1.7?m的紅外線,但倍增噪聲較大。
InGaAs材料可檢測(cè)波長(zhǎng)超過1.6?m的紅外線,且倍增噪聲低于鍺材料。它一般用作異構(gòu)(heterostructure)二極管的倍增區(qū)。該材料適用于高速光纖通信,商用產(chǎn)品的速度已達(dá)到10Gbit/s或更高。
氮化鎵二極管可用于紫外線的檢測(cè)。
HgCdTe二極管可檢測(cè)紅外線,波長(zhǎng)最高可達(dá)14?m,但需要冷卻以降低暗電流。使用該二極管可獲得非常低的超額噪聲。
當(dāng)一個(gè)半導(dǎo)體二極管加上足夠高的反向偏壓時(shí),在耗盡層內(nèi)運(yùn)動(dòng)的載流子就可能因碰撞電離效應(yīng)而獲得雪崩倍增。人們最初在研究半導(dǎo)體二極管的反向擊穿機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。當(dāng)載流子的雪崩增益非常高時(shí),二極管進(jìn)入雪崩擊穿狀態(tài);在此以前,只要耗盡層中的電場(chǎng)足以引起碰撞電離,則通過耗盡層的載流子就會(huì)具有某個(gè)平均的雪崩倍增值。
碰撞電離效應(yīng)也可以引起光生載流子的雪崩倍增,從而使半導(dǎo)體光電二極管具有內(nèi)部的光電流增益。1953年,K.G.麥克凱和K.B.麥卡菲報(bào)道鍺和硅的PN結(jié)在接近擊穿時(shí)的光電流倍增現(xiàn)象。1955年,S.L.密勒指出在突變PN結(jié)中,載流子的倍增因子M隨反向偏壓V的變化可以近似用下列經(jīng)驗(yàn)公式表示
M=1/[1-(V/VB)n]