Back ثنائي ضوئي شلالي Arabic Díode d'allau d'un sol fotó Catalan Single-photon avalanche diode Czech Single-photon avalanche diode English دیود بهمنی تکفوتونی Persian 単一光子アバランシェダイオード Japanese Bir fotonli koʻchki diodi Uzbek 單光子雪崩二極體 Chinese
Un diodo fotorivelatore a singolo fotone (SPAD) è un fotorivelatore a stato solido con un diametro che può variare da pochi µm a centinaia di µm.
Si tratta di un diodo, realizzato mediante una giunzione PN, progettato per essere polarizzato in inversa oltre alla tensione nominale di breakdown[1]. In questa condizione il dispositivo si trova in una condizione instabile: la corrente è praticamente nulla, mentre il campo elettrico presente nella zona di carica spaziale è particolarmente elevato.
Un eventuale fotone assorbito dal dispositivo può generare una coppia elettrone-lacuna[2]. Se una carica libera così generata raggiunge la zona di carica spaziale (zona attiva), l'elevato campo elettrico potrebbe accelerarla in modo da raggiungere e superare (lungo il suo libero cammino) l'energia di ionizzazione del materiale stesso. La collisione di questa carica con il reticolo del materiale potrebbe generare ulteriori cariche (coppie elettrone-lacuna) che possono a loro volta contribuire alla generazione di ulteriori cariche, innescando così un processo cosiddetto a "valanga"[2]. Il segnale di corrente che ne deriva è macroscopico (tipicamente nell'ordine del mA) ed è correlato all'assorbimento del fotone che ha generato la valanga[1].
Si noti che la zona sensibile è tipicamente più estesa della zona di carica spaziale: anche una carica generata al di fuori della zona di carica spaziale può, per migrazione e/o diffusione, raggiungerla dando origine ad una valanga.[2]