3.5.2 Photodiodes à avalanche (PDA)
Le signal reçu peut être très faible, il est
nécessaire d'amplifier le photocourant.
La photodiode est suivie d'un amplificateur, mais le bruit de
celle-ci est souvent prépondérant. On peut avoir
l'intérêt à utiliser un composant à gain interne, la
photodiode à avalanche (PDA). L'effet d'avalanche se produit à
l'intérieur de semi-conducteur lorsque le champ électrique
à l'intérieur du matériau est suffisamment important pour
accélérer les électrons jusqu'au point où,
lorsqu'ils percutent des atomes, ils libèrent d'autres électrons
: le nombre d'électrons libres augmente alors rapidement car les
nouveaux électrons libres en entraînent à nouveau d'autres,
dans un phénomène comparable à celui d'une avalanche
neigeuse.
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Ce principe est l'ionisation en chaîne, par impact, des
porteurs, sous l'effet d'un champ électrique très intense. C'est
l'effet d'avalanche qui, s'il n'est pas contrôlé, aboutit au
claquage de la jonction. Pour un taux d'erreur binaire de 10-9, la
photodiode à avalanche a un taux d'erreur binaire de -12 à
-42dBm. [14]
3.5.3 Bruits des photodiodes
3.5.3.1 Bruit de grenaille ou bruit quantique
Comme dans toute jonction pn polarisée en sens
inverse, un bruit de grenaille apparaît dans la photodiode. Ce bruit
résulte de la nature corpusculaire du photocourant.
Le caractère aléatoire de l'arrivée des
photons est responsable de ce bruit dont les effets prédominent
largement sur ceux du bruit thermique. Il se manifeste par la fluctuation du
courant détecté autour de sa valeur moyenne. C'est un bruit blanc
dont la densité spectral est donnée par la formule de Schottky
[16] :
g ( f ) = e.I (3.05)
Avec, e : charge
d'électron (e = -1,6.10-19C) ;
I : courant dans la photodiode
Ce bruit quantique constitue la limite théorique à
la capacité des systèmes de transmission. Dans une bande B, la
puissance de bruit recueillie est alors 2.e.I.B .
Si l'on admet que les photons arrivent de manière
purement aléatoire (phénomène de type poissonnien), la
probabilité de recevoir x photons pendant un intervalle de temps T est
donnée par la loi de poisson.
Prob(x, T) = exp( ) (3.06)
Où représente le nombre moyen de photons
reçus pendant le temps T . [14]
3.5.3.2 Bruit des diodes à avalanche
Dans les photodiodes à avalanche, un excès de
bruit apparaît du fait de la multiplication. La densité spectrale
du courant de bruit de la PDA est donnée par :
g ( f ) = e.iD . M 2.F(M) (3.07)
Avec
M : gain d'avalanche ;
F(M) : fonction croissante du gain M, dit facteur
d'accès de bruit ; iD : courant d'obscurité
Le courant d'obscurité iD qui circule dans la jonction
en absence d'éclairement, a des origines multiples :
génération thermique dans la zone intrinsèque I, courant
de surface, courant de fuite.
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Il dépend beaucoup du matériau et augmente avec la
température suivant une loi :
iD = exp?? E kT? (3.08)
Où, E : désigne le champ électrique ;
k : constante de Boltzman (1,38.10-23 Ws/K) ; T :
température absolue (K).
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