1. Absorption des photons : Lorsqu’un photon avec une énergie suffisante frappe un matériau semi-conducteur, il peut être absorbé par un atome du matériau.
2. Génération de paires électron-trou : Le photon absorbé transfère son énergie à un électron à l’intérieur de l’atome, provoquant l’excitation de l’électron vers un niveau d’énergie plus élevé. Cela laisse un « trou » chargé positivement dans la position de l’électron d’origine. L’électron excité et le trou constituent une paire électron-trou.
3. Dérive et diffusion : La paire électron-trou subit des processus de dérive et de diffusion. Le champ électrique présent dans le matériau semi-conducteur (en raison de la polarisation appliquée ou du potentiel intégré) provoque le déplacement des électrons et des trous vers leurs électrodes respectives (régions de type n et de type p).
4. Ionisation par impact : Lorsque l’électron et le trou se déplacent à travers le matériau semi-conducteur, ils peuvent gagner suffisamment d’énergie cinétique pour libérer des électrons supplémentaires des atomes avec lesquels ils entrent en collision. Ce processus, appelé ionisation par impact, conduit à la génération de nouvelles paires électron-trou.
5. Effet d'avalanche : Les électrons et les trous nouvellement créés peuvent subir d’autres événements d’ionisation par impact, conduisant à un effet d’avalanche. Chaque électron ou trou peut potentiellement créer plusieurs paires électron-trou supplémentaires grâce à l'ionisation par impact.
Grâce à ce processus, un seul photon peut déclencher une cascade d’événements d’ionisation, générant finalement plusieurs porteurs de charge. Le nombre total de porteurs de charge produits peut être considérablement supérieur au photon unique d’origine, ce qui entraîne une amplification du signal.
Les photomultiplicateurs et les photodiodes à avalanche sont des dispositifs électroniques qui utilisent ce phénomène pour détecter et amplifier les signaux de faible luminosité, permettant ainsi de les mesurer et de les traiter efficacement.
