APD 검출기의 작동 원리는 광전 효과와 눈사태 증폭 효과라는 두 가지 핵심 메커니즘에 기반을 두고 있으며, 전체 과정은 두 가지 주요 단계로 나눌 수 있습니다.

APD 검출기의 핵심은 반도체 물질로 만들어진 PN 접합입니다. 목표 광 신호가 PN 접합의 감광 영역에 조사되면 광자 에너지가 반도체 내의 전자에 의해 흡수됩니다. 광자 에너지가 반도체의 밴드갭 폭보다 크면 전자는 가전자대에서 전도대로 이동하면서 가전자대에 동시에 정공을 남기고 "광생성 캐리어"(전자-정공 쌍) 쌍을 형성합니다. 이 단계를 통해 광 신호가 전기 신호로 예비 변환되는 과정이 완료되며, 이는 일반 광다이오드의 작동 원리와 일치합니다.

이것이 APD 검출기를 일반 소자와 구별하는 핵심 요소입니다. 소자의 PN 접합에 항복 전압보다 훨씬 높은 역방향 바이어스 전압을 인가하면 PN 접합 내부에 매우 강한 전기장이 형성됩니다. 첫 번째 단계에서 생성된 광생성 캐리어는 강한 전기장의 작용으로 가속되어 매우 높은 운동 에너지를 얻습니다. 고속으로 이동하는 캐리어는 반도체 격자 내 원자와 충돌하여 격자 원자에서 전자를 녹아웃시키고 새로운 전자-정공 쌍을 형성합니다. 이렇게 새롭게 생성된 캐리어는 강한 전기장에 의해 가속되어 다른 원자와 계속 충돌하여 더 많은 캐리어를 생성합니다. 이 과정은 마치 눈사태와 같아 캐리어 수가 급격히 증가하여 초기의 약한 광생성 전류가 수천 배 또는 수만 배까지 증폭됩니다.

애벌랜치 증폭 후, 전기 신호는 후속 회로 처리를 통해 정확하게 감지되고 판독될 수 있습니다. 바로 이 "광전 변환 + 애벌랜치 증폭"이라는 독특한 메커니즘 덕분에 APD 검출기 약한 광 신호 감지 시나리오에서 일반적인 광전 감지 장치에 비해 비교할 수 없는 장점을 입증했습니다.