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如何精準(zhǔn)測(cè)試光電器件中的PN結(jié)電容？
2024-08-06
研究背景
從古代的烽火臺(tái)到如今的光通信領(lǐng)域，光作為一種可以承載信息的載體一直被廣泛應(yīng)用。其中，光電探測(cè)器基于光電效應(yīng)的原理，可將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（響應(yīng)速度快、高靈敏度等優(yōu)勢(shì)），以實(shí)現(xiàn)對(duì)光強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率等參數(shù)的測(cè)量和分析。
光電探測(cè)器根據(jù)其工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為光電二極管、PIN型光電二極管等，其中光電二極管是利用半導(dǎo)體PN結(jié)和內(nèi)部反射機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光信號(hào)的轉(zhuǎn)換，本次將圍繞光電二極管中的PN結(jié)電容進(jìn)行介紹。
一、測(cè)試對(duì)象·PN結(jié)電容
PN結(jié)的最大特性是單向?qū)щ娦?/strong>，當(dāng)正向電壓到達(dá)一定值時(shí)，PN結(jié)被導(dǎo)通；當(dāng)反向電壓在一定范圍內(nèi)時(shí)，PN結(jié)產(chǎn)生微弱的反向飽和電流；當(dāng)反向電壓超過(guò)一定值時(shí)，PN結(jié)被擊穿。
在PN結(jié)處，會(huì)因?yàn)橥饧与妷寒a(chǎn)生一定電荷積累，這就是結(jié)電容效應(yīng)，PN結(jié)電容=擴(kuò)散電容+勢(shì)壘電容(Cj=Cb+Cd)，電容特性是隔直通交，當(dāng)通過(guò)電容的電壓頻率很低時(shí)，結(jié)電容可以忽略，PN結(jié)還是單向?qū)ā?/span>
在光電芯片中，工作頻率較高，如果，PN結(jié)的電容較大，就更容易在高頻率下變?yōu)殡p向?qū)ǖ氖顟B(tài)。可見(jiàn)，PN結(jié)電容是越小越好。
二、測(cè)試要求
在光電應(yīng)用中，需要測(cè)試大量探測(cè)器和激光發(fā)射器的PN結(jié)電容，大概在1pF左右。
三、測(cè)試過(guò)程
一說(shuō)到測(cè)電容，我們都會(huì)選擇阻抗分析儀/LCR電橋，但同時(shí)也會(huì)遇到以下幾個(gè)難點(diǎn)：
1，電容值小：對(duì)于芯片，1pF左右的電容；對(duì)于器件，10pF左右，這個(gè)數(shù)值很小，對(duì)于分辨率不高的普通LCR，沒(méi)有這個(gè)測(cè)試能力；
2，測(cè)試頻率較高：一般1MHz起，2MHz以?xún)?nèi)；
3，需要較大的偏置：10V至30V，甚至還有40V；
4，對(duì)于芯片，在測(cè)試電容中，pad或者pin如果在一面，可以用兩個(gè)探針扎，兩根針的校準(zhǔn)相對(duì)簡(jiǎn)單；如果處在芯片的不同面，需要用芯片的托盤(pán)作為負(fù)極連接（無(wú)法扎針），校準(zhǔn)的細(xì)節(jié)就很考究，需要測(cè)試者較好的工程調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。
TH2838系列是采用自動(dòng)平衡電橋原理研制成功的新一代阻抗測(cè)試儀器，其0.05%的基本精度、最快達(dá)5.6ms的測(cè)試速度、20Hz-2MHz的頻率范圍及高達(dá)1GΩ的阻抗測(cè)試范圍可以滿足元件與材料的測(cè)量要求，特別有利于低損耗(D)電容器和高品質(zhì)因數(shù)(Q)電感器的測(cè)量。
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