硅 Si 高性能雪崩光电二极管(APD) 400-1000nm 0.5mm TO-18

C30902和C30921系列

用于微光应用的高速固态探测器

C30902EH系列雪崩光电二极管非常适合广泛的应用，包括激光雷达、测距、小信号荧光、光子计数和条形码扫描。

Excelitas Technologies的C30902EH系列雪崩光电二极管采用双扩散“穿透"结构制造。这种结构在400到1000纳米之间提供了高响应度，并且在所有波长上都提供了极快的上升和下降时间。该器件的响应度与高达800 MHz的调制频率无关。探测器芯片密封在一个改进的TO-18封装的平板玻璃窗后面。感光表面的有效直径为0.5 mm。

C30921EH封装在TO-18光管中，该光管允许从聚焦点或直径高达0.25 mm的光纤将光有效耦合到探测器。密封的TO-18封装允许光纤与光管端部匹配，以最大限度地减少信号损失，而无需担心危及探测器稳定性。C30902EH-2或C30902SH-2（带内置905nm通带滤波器的密封TO-18封装）和C30902BH（带密封球透镜）构成了C30902系列。

C30902SH和C30921SH均选用具有极低噪声和体暗电流的C30902EH和C30921EH光电二极管。它们适用于超微光级应用（光功率小于1 pW），可在增益高达250或更高的正常线性模式（VrVbr）下的光子计数器使用，其中单个光电子可触发约108个载波的雪崩脉冲。在这种模式下，不需要放大器，单光子检测概率可能高达约50%。

光子计数在门控和符合技术用于信号检索的情况下也是有利的。

主要特征    

高量子效率：在830 nm时为77%    

C30902SH和C30921SH可在盖革模式下运行    

C30902EH/SH-2型，带内置905 nm过滤器    

C30902BH型，带球形透镜    

密封包装    

室温下的低噪音    

高响应度–内部雪崩增益超过150    

光谱响应范围-    （10%Q.E.点）400至1000纳米    

时间响应–通常为0.5纳秒    

宽工作温度范围-40°C至+70°C    

符合RoHS标准

应用

•激光雷达

•测距

•小信号荧光

•光子计数

•条形码扫描

表1。电光特性

测试条件：外壳温度=22˚C，除非另有规定，请参见下页的注释。

1.在特定直流反向工作电压下，Vop或Vr，随每个装置提供，光斑直径为0.25 mm（C30902EH，SH）或0.10 mm（C30921EH，SH）。在180至250V的电压下运行，设备将满足上述电气特性限制。

2.热敏电阻的温度（开尔文）可为

使用以下方程式计算：[𝐾] =  𝛽       ,

项次(𝑅/𝑟∞)

式中，R是测量的热敏电阻电阻，单位为Ω,

𝛽 = 3200，R0=5100Ω，T0=298.15 K和r∞ =

− 𝛽R  e            ≅ 0.1113

表2–最大额定值

1.雪崩光电二极管中散粒噪声电流的理论表达式为in=（2q（Ids+（IdbM²+PORM）F）BW）½，其中q是电子电荷，Ids是暗表面电流，Idb是暗体电流，F是过量噪声系数，M是增益，PO是器件上的光功率，BW是噪声带宽。对于这些装置，F=0.98（2-1/M）+0.02 M（参考文献：PP Webb，RJ McIntyre，JJ Conradi，“RCA审查"，第35卷第234页，（1974年））。

2.C30902SH和C309021SH可在更高的检测概率下运行。（参见盖革模式操作部分）。

3.主脉冲后1µs至60秒发生脉冲后。

 电光特性    图1–22°C外壳温度下的典型光谱响应度

图2–典型量子效率与波长的关系，作为外壳温度的函数

图3–830nm处的典型响应度与工作电压（作为外壳温度的函数）

图4–典型噪声电流与增益

图5–典型暗电流与工作电压

外壳温度为22°C

图6–典型增益–作为增益函数的带宽乘积

外壳温度为22°C

图7–盖革模式，830nm处光电子探测概率作为高于Vbr电压的函数

外壳温度为22°C

图8–盖革模式下C30921SH的载重线

图9– 5%光子探测效率（830nm）下的典型暗计数与温度

图10–有源淬火电路中下一个100ns内的后脉冲概率与延迟时间

（典型用于Vbr下的C30902SH和C30921SH，外壳温度为22°C时）

包装图纸（其他包装可根据要求提供）

图11–C30902EH和C30902SH，参考尺寸以毫米（英寸）为单位

图12–C30921EH和C30921EH，灯管的包装轮廓和剖面，参考尺寸

以毫米[英寸]为单位显示

图13–C30902EH-2和C30902SH-2所示参考尺寸，单位为毫米[英寸]

图14–C30902BH，参考尺寸以mm为单位

图15–C30902SH-TC/-DTC，TO-66，带法兰轮廓，参考尺寸以毫米（英寸）为单位

图16–近似视野–C30902和C30921系列

角入射辐射≤ 𝘢/2、感光面*发光。

入射辐射角度>𝘢/2，但是≤ 𝘢 /2、感光面部分发光

“-TC"和“-DTC"TE冷却版本   

 TE冷却的APD可用于不同的原因（图15）。大多数应用程序得益于-TC（单）或-DTC（双）版本，

原因有二：    1.如前所述，降低用于非常小信号检测的热噪声。TC版本设计用于将APD运行至0C而-DTC版本可在-20下运行C当环境温度为22℃时C    

2.无论环境温度如何，保持恒定的APD温度。由于APD击穿电压随温度降低而降低，TE冷却器允许单一工作电压。此外，这种配置允许在扩展的环境温度范围内保持恒定的APD性能。    装置内的热敏电阻可用于监测APD温度，并可用于实施TE冷却器反馈回路，以保持APD温度恒定或/和对APD偏置电压进行温度补偿。需要一个合适的散热器来散热APD和TE冷却器产生的热量。    定制设计    认识到不同的应用程序有不同的性能要求，Excelitas为这些APD提供了广泛的定制，以满足您的设计挑战。暗计数选择、自定义设备测试和打包是许多应用程序特定的解决方案之一    盖革模式操作    当偏置电压高于击穿电压时，雪崩光电二极管通常会传导大电流。但是，如果电流限制在小于特定值（约50A对于这些二极管），电流不稳定，可以自行关闭。对这一现象的解释是，在任何时候，雪崩区的载流子数量都很小，而且波动很大。如果数字恰好波动到零，电流必须停止。If随后保持关闭状态，直到雪崩脉冲被大块或光生载流子重新触发。    选择“S"型以产生小批量暗电流。这使得它们适用于盖革模式下低于VBR的低噪声操作或高于VBR的光子计数。在这种所谓的盖革模式中，单个光电子（或热产生的电子）可触发雪崩脉冲，使光电二极管从其反向工作电压Vr放电到略低于VBR的电压。该雪崩发生的概率如图7所示为“光电子检测概率"，可以看出，它随着反向电压Vr的增加而增加。对于给定的Vr Vbr值，光电子探测概率与温度无关。为了确定光子探测概率，需要将光子探测概率乘以量子效率，如图2所示。量子效率也相对独立于温度，除了在1000 nm截止附近。    

“S"型可在盖革模式下使用“无源"或“有源"脉冲熄灭电路。下面讨论每种方法的优缺点。 

   无源熄灭电路    简单的，在许多情况下是一种*合适的熄灭击穿脉冲的方法，是通过使用限流负载电阻器。这种“被动"淬火的示例如图17所示。电路的负载线如图8所示。要在Vbr下处于导通状态，必须满足两个条件：    1.雪崩必须由进入二极管雪崩区的光电子或体产生的电子触发。（注：硅中的空穴在开始雪崩时效率很低。）上面讨论了触发雪崩的概率。   

 2.为了继续处于导电状态，必须有足够大的电流（称为闭锁电流ILATCH）通过器件，以便在雪崩区域始终存在电子或空穴。通常在C30902SH和C30921SH中，ILATCH=50A.对于远大于ILATCH的电流（Vr Vbr）/RL，二极管保持导通。如果电流（Vr Vbr）/RL远小于ILATCH，则二极管几乎立即切换到非导通状态。如果（Vr Vbr）/RL近似等于ILATCH，则二极管将在任意时间从导通状态切换到非导通状态，这取决于雪崩区域中的电子和空穴数量统计波动到零的时间。    当RL较大时，光电二极管正常导通，且在非导通状态下工作点位于Vr IDSRL。雪崩击穿后，该器件以时间常数RLC重新充电至电压Vr-IDSRL，其中C是包括杂散电容在内的总器件电容。使用C=1.6 pF和RL=200 k 充电时间常数为0.32s是计算出来的。上升时间很快，为5到50ns，随着Vr-Vbr的增加而减少，并且非常依赖于负载电阻器、引线、电容器的电容，        

 图17–无源淬火电路示例

主动淬火电路

在C30902SH充电之前，检测到另一个入射光电子的概率相对较低。为避免在高于Vbr的大电压下运行时出现过多死区，可使用“主动淬火"电路。在检测到雪崩放电后，电路会暂时将偏置电压降低几分之一微秒。这个延迟时间允许收集所有电子和空穴，包括那些暂时“捕获"在硅中不同杂质位置的电子和空穴。当重新施加更高的电压时，耗尽区中没有电子触发另一次雪崩或锁定二极管。通过一个小的负载电阻，充电可以非常迅速。或者，可以保持偏置电压，但负载电阻器由晶体管替换，该晶体管在雪崩后短时间保持关闭，然后开启一段足以对光电二极管充电的时间。

定时分辨率

对于光子计数应用，当在曲线上绘制并平均半高宽时，检测到光子后TTL触发脉冲的时间是计时分辨率或时间抖动。半电压点处的抖动通常与上升时间的数量级相同。对于必须具有最小抖动的定时目的，应使用上升脉冲的低可能阈值。

脉冲后

后脉冲是继光子产生的脉冲之后并由其诱导的雪崩击穿脉冲。后脉冲通常由雪崩期间通过二极管的大约108个载波之一引起。如前所述，该电子或空穴被捕获并捕获在硅中的某个杂质位置。当这个电荷载体被释放时，通常在不到100纳秒但有时几毫秒之后，它可能会开始另一次雪崩。使用图17所示的电路，在高于Vbr 2伏时，超过1微秒后出现后脉冲的概率通常小于1%。

后脉冲随偏压的增大而增大。如果需要减少后脉冲，建议将Vr Vbr保持在低水平，使用具有长延迟线的主动淬火电路，或具有长RLC常数的被动淬火电路。杂散电容也必须最小化。在某些情况下，可以对信号进行电子选通。如果在特定应用中后脉冲是一个严重的并发症，可以考虑在Vbr以下使用良好的放大器进行操作。

暗电流

已选择“S"版本以具有较低的暗计数率。冷却至-25由于暗计数率对温度的依赖性是指数性的，因此C可以将其降低约50倍。

暗计数随着电压的增加而增加，其曲线与光电子检测概率相同，直到电压在脉冲后产生反馈机制，从而显著增加暗计数率。该最大电压取决于电路，除表1中列出的值外，不受保证。在大多数情况下，延迟时间为300纳秒，二极管可在高达Vbr+25V的电压下有效使用。

C30902不应向前偏置，或者在无偏置时，不应暴露在强照明下。这些条件导致暗计数大大增强，可能需要24小时才能恢复到其标称值。

RoHS合规性

C30902和C30921系列雪崩光电二极管的设计和制造*符合欧盟指令2011/65/EU–限制在电气和电子设备中使用某些有害物质（RoHS）。

担保

装运后的标准12个月保修适用。如果光电二极管窗口已打开，则任何保修均无效。

关于Excelitas Technologies

Excelitas Technologies是一家全球技术，致力于提供创新的定制解决方案，以满足OEM客户的照明、检测和其他高性能技术需求。

从PerkinElmer、EG&G和RCA开始，Excelitas在45年多的时间里一直为我们的OEM客户群提供光电传感器和模块服务。我们始终致力于创新，致力于为全球客户提供优质的解决方案。

从航空航天和国防到分析仪器、临床诊断、医疗、工业以及安全和安保应用，Excelitas Technologies致力于帮助我们的客户在其专业终端市场取得成功。Excelitas Technologies在北美、欧洲和亚洲拥有约3000名员工，为全球客户提供服务。