SiGe / GaAs RF MMIC como preamplificador de fotodiodo

Me temo que la respuesta simple es no. Incluso suponiendo un 100% de QE, un fotón produce un electrón. ¿Qué tipo de corriente implica esto?

Bueno, un amperio es un coulomb por segundo, y $$ k_e = 1.6 \ times 10 ^ {- 19} C $$ La aplicación de la Ley de Ohm no es sencilla aquí, ya que detectar un solo fotón es claramente un evento a corto plazo . Pero digamos que, dado que el ancho de banda del amplificador es de 100 MHz, la llegada de un electrón puede considerarse un pulso actual con un ancho de 100 nseg. Luego, $$ V = iR = \ frac {\ Delta Q} {\ Delta t} \ times R = \ frac {1.6 \ times 10 ^ {- 19}} {10 ^ {- 8}} \ times 50 = 8 \ veces 10 ^ {- 10} \ text {volts} $$ Si bien esto es obviamente muy pequeño, debe compararlo con el ruido del amplificador, y suponiendo que el amplificador está limitado por el ruido de Johnson con una temperatura efectiva de 300 C, $$ V_n = \ sqrt {4k_ {B } RT \ times BW} = \ sqrt {4 \ times1.37 \ times10 ^ {- 23} \ times300 \ times50 \ times10 ^ {8}} = \ sqrt {82.2 \ times 10 ^ {- 12}} = 9 \ veces 10 ^ {- 6} \ text {volts} $$

En este cálculo, la señal esperada es aproximadamente 10,000 veces menor que el voltaje de ruido rms, y la detección sería, por así decirlo, desafiante.

Esto ignora el ruido del disparo, lo que empeora las cosas, pero parece perfectamente razonable en vista de la situación ya desfavorable.

Puedes hacer eso. Lo veo hecho en su mayoría por encima de 10 GHz. Para 100 MHz no necesita SiGe o GaAs, puede usar un CMOS ordinario o un amplificador de silicio bipolar.

La única razón para usar una impedancia de entrada de 50 ohmios en su amplificador debería ser si no puede colocar el amplificador lo suficientemente cerca del fotodiodo. Para 100 MHz, esto significa más cerca de unos 30 cm.

Si puede colocar su amplificador a menos de 30 cm del fotodiodo, solo debe usar cualquiera de los conocidos diseños de amplificador de transimpedancia (TIA). A 100 MHz, no estoy seguro de si puede crear un TIA de amplificador operacional o si tendrá que buscar un IC específico. A 10 MHz, estoy seguro de que podrías usar un amplificador operacional bien elegido, y supongo que es posible a 100 MHz, pero tendrás que investigar esto. Querrá un amplificador operacional con un producto GBW al menos 10 veces su frecuencia operativa, por lo que alrededor de 1 GHz.

Editar No vi dónde dices que intentas detectar fotones individuales. Ese es un requisito muy desafiante. Todas las soluciones que he visto utilizan, como usted ha dicho, fotodiodos de avalancha (APD) o tubos fotomultiplicadores (PMT). Hay una razón por la cual los dispositivos electrónicos de $ 0.50 no pueden hacer esto. Pero creo que puede encontrar un APD por debajo del rango de $ 10, lo que probablemente la convertirá en la solución más rentable para su requerimiento.