Merking PIN (Post-Intrinsic-neikvætt) er að lag af hálfleiðaraefni með mjög lágan lyfjastyrk (eins og Si) er sett á milli P-gerð og N-gerð hálfleiðara. Þetta lag er táknað sem I (Intrinsic) og er kallað innra svæði. Uppbygging aPIN ljósdíóða(PIN-PD) er sýnt á myndinni til vinstri. Á myndinni, eftir að innfallsljós kemur inn frá P* svæðinu, frásogast það ekki aðeins á eyðingarsvæðinu heldur einnig utan eyðingarsvæðisins. Þessar frásog mynda dreifingarþáttinn í ljósstraumnum. Til dæmis dreifast rafeindir á P* svæðinu fyrst að vinstri mörkum eyðingarsvæðisins og fara síðan í gegnum eyðingarsvæðið til að ná N* svæðinu. Á sama hátt dreifast göt á N' svæðinu að hægri mörkum eyðingarsvæðisins áður en þau fara í gegnum eyðingarsvæðið til að ná P* svæðinu. Ljósstraumurinn í eyðingarsvæðinu er kallaður rekþáttur og útbreiðslutími hans fer aðallega eftir breidd eyðingarsvæðisins. Augljóslega er útbreiðslutími dreifingarstraumshlutans lengri en rekstraumshlutans. Fyrir vikið lengist aftari brún útgangsstraumspúls ljósnemarans og töfin sem af því leiðir mun hafa áhrif á viðbragðshraða ljósnemans.
Ef eyðingarsvæðið er þröngt munu flestar ljóseindir ná til N+ svæðinu áður en þær gleypa þær af eyðingarsvæðinu. Á þessu svæði er rafsviðið mjög veikt og getur ekki aðskilið rafeindir og göt, sem leiðir til tiltölulega lágrar skammtavirkni.
Þröngri breidd eyðingarsvæðis *w* leiðir til stærri rýmd tengipunkta og stærri RC tímafasta, sem er skaðlegt fyrir-háhraða gagnaflutning.
Með hliðsjón af rektíma og áhrifum mótarýma er hægt að tjá bandbreidd ljósdíóða sem:
Í formúlunni, R1er álagsþolið.
Ofangreind greining sýnir að það er nauðsynlegt að auka breidd eyðingarsvæðisins.
Eins og sést á myndinni hér að ofan er breidd I-svæðisins miklu stærri en P+ og N+ svæðin. Þess vegna frásogast fleiri ljóseindir á I-svæðinu, sem eykur skammtavirkni á sama tíma og viðheldur litlum dreifingarstraumi. Hægt er að stilla bakspennu PIN-ljósdíóðunnar á lægra gildi vegna þess að þykkt eyðingarsvæðis hennar er í meginatriðum ákvörðuð af breidd I-svæðisins.
Auðvitað er stærra I-svæði ekki alltaf betra. Stærri breidd (w) hefur í för með sér lengri rektíma fyrir burðarefni á eyðingarsvæðinu og takmarkar þannig bandbreiddina. Þess vegna er alhliða athugun nauðsynleg. Þar sem mismunandi hálfleiðaraefni hafa mismunandi frásogsstuðla fyrir mismunandi bylgjulengdir ljóss er breidd innra svæðisins (I-svæðið) breytileg. Til dæmis er I-svæðisbreidd Si PIN ljósdíóða um það bil 40 mm, en InGaAs PIN ljósdíóða er um það bil 4 mm. Þetta ákvarðar mismunandi bandbreidd og bylgjulengdarsvið ljósnema sem eru gerðir úr þessum tveimur mismunandi efnum: Si PIN ljósdíóður eru notaðar á 850 nm bandinu, en InGaAs PIN ljósdíóðir eru notaðar í 1310 nm og 1550 nm böndunum.
(APD)Snjóflóðaljósdíóða
APD (Avalanche Photodiode) er mjög næmur ljósnemi sem notar snjóflóðaáhrifin til að margfalda ljósstrauminn. Meginreglan um snjóflóðaáhrifin er sem hér segir: Innfallsmerkjaljós myndar upphaflega rafeinda-gatapör í APD. Vegna mikillar öfugspennu sem beitt er á APD hraða þessi rafeinda-gatapör undir áhrifum rafsviðsins og fá verulega hreyfiorku. Þegar þær rekast á hlutlaus atóm fá rafeindir í gildissviði hlutlausu atómanna orku og hoppa á leiðnisviðið og mynda þannig ný rafeinda-gatapör, sem kallast aukarafeinda-gatapör. Þessir aukaberar geta líka rekist á önnur hlutlaus atóm undir sterku rafsviði, myndað ný rafeinda-gatapör og þannig framkallað snjóflóðaferlið sem framleiðir ný burðarefni. Með öðrum orðum, ein ljóseind myndar á endanum marga flutningsaðila, sem magnar upp ljósmerkið innan APD. Byggingarlega séð liggur munurinn á APD og PIN ljósdíóðu í því að bæta við viðbótar P lag. Uppbygging APD er sýnd á mynd 3-18. Þegar snúið er í öfugt, er sterkt rafsvið til í PN-mótunum sem liggja á milli I-lagsins og N*-lagsins. Þegar innfallsmerkjaljósið fer inn í I svæðið frá vinstra P* svæðinu frásogast það í I svæðinu til að mynda rafeindaholapör. Rafeindirnar á I-svæðinu reka fljótt til PN-mótasvæðisins og sterka rafsviðið í PN-mótunum veldur því að rafeindirnar framleiða snjóflóðaáhrif.
Byggingarlega séð liggur munurinn á APD og PIN ljósdíóða í því að bæta við aukalagi, P. Uppbygging APD er sýnd á hægri myndinni. Undir öfugri hlutdrægni er sterkt rafsvið til í PN mótum sem liggja á milli I og N+ laganna. Þegar innfallsmerkjaljósið fer inn í I svæðið frá vinstra P+ svæðinu frásogast það í I svæðinu og myndar rafeinda-gatapör. Rafeindirnar reka hratt til PN-mótasvæðisins og sterka rafsviðið í PN-mótunum veldur snjóflóðaáhrifum.
Í samanburði við PIN-ljósdíóða er ljósstraumurinn magnaður innra með APD og forðast þannig hávaða sem myndast af ytri rafrásum. Frá tölfræðilegu meðaltali, að því gefnu að ein ljóseind myndi M burðarefni, er þetta jafnt hlutfalli ljósstraums I eftir APD snjóflóð og upphafsljósstraums I fyrir margföldun.
Í formúlunni er M kallaður margföldunarstuðull.
Margföldunarstuðullinn er tengdur jónunarhraða hleðsluberanna, sem vísar til meðalfjölda rafeinda-gatapöra sem myndast á hverja einingu fjarlægðar af reki. Rafeindajónunarhraði og holujónunarhraði eru mismunandi, táknuð með ₀ og ₂, í sömu röð. Þær tengjast þáttum eins og öfugri hlutdrægni, breidd eyðingarsvæðis og lyfjastyrk og eru táknuð sem ₀.
Í formúlunni er k jónunarstuðullinn, sem er mælikvarði á frammistöðu ljósnema.
Áhrif jónunarhraða á M má gefa með eftirfarandi formúlu:
Þegar=0 taka aðeins rafeindir þátt í snjóflóðaferlinu, M=e^(-ω), og ávinningurinn eykst veldisvísis með ω. Þegar ω=1 og -1, samkvæmt jöfnu (3-26), M → ∞, og snjóflóðabrot á sér stað. Venjulega er gildi M á bilinu 10 til 500. Snjóflóðabilun í APD á sér stað vegna þess að öfug forspenna er of mikil. Með hliðsjón af nánu sambandi milli M og öfugsnúningsspennunnar er almennt notuð reynsluformúla til að lýsa sambandi þeirra, þ.e.
Í formúlunni er n hitastig-háður einkennisvísitala, n=2.5~7; Un er niðurbrotsspenna fyrir snjóflóð, sem er breytileg frá 70 til 200V fyrir mismunandi hálfleiðara efni; U er öfug hlutdrægni, sem er almennt tekin sem 80% til 90% af UgR. Þegar APD er notað er mikilvægt að tryggja að rekstrarspennu sé haldið undir snjóflóðabilunarspennu til að forðast að skemma tækið.
