元器件应用中的雪崩光电二极管反向电流的测量

雪崩光电二极管（APD）是一种高灵敏度、高速度的光电二极管。施加反向电压时，能启动其内部的增益机构。APD的增益可以由反向偏置电压的幅度来控制。反向偏置电压越大增益就越高。APD在电场强度的作用下工作，光电流的雪崩倍增类似于链式反应。APD应用于对光信号需要高灵敏度的各种应用场合，例如光纤通讯、闪烁（scintillation）探测等。 　　对APD的测量一般包括击穿电压、响应度和反向偏置电流等。典型APD的最大额定电流为10-4到10-2A，而其暗电流则可低达10-12到10-13A的范围。最大反向偏置电压随APD的材料而变化，铟砷化镓（InGaAs）材料的器件可达100V，硅材料的器件则 雪崩光电二极管（APD）是光电探测领域中的一种关键元件，因其高灵敏度和高速度特性，被广泛应用于需要精确光信号检测的场景，如光纤通信、闪烁探测等。APD的工作原理在于其内部的雪崩倍增效应，当APD处于反向偏置状态时，增加的反向电压会导致电场强度增大，进而使得光电流经历一个类似链式反应的雪崩过程，从而极大地提高信号放大。 测量APD性能的关键参数包括击穿电压、响应度和反向偏置电流。击穿电压是指APD在反向偏置下开始产生非线性电流增大的电压值，这个值与APD的材料有关。例如，InGaAs材料的APD击穿电压通常在100V左右，而硅材料的器件可能高达500V。响应度是指APD对光功率的敏感程度，通常以电流密度对光功率密度的比例来衡量。 反向偏置电流的测量至关重要，因为它反映了APD在无光照条件下的暗电流以及在不同电压下的雪崩电流。暗电流非常微小，可能在10-12到10-13A的范围内，而最大额定反向偏置电流则在10-4到10-2A之间。测量过程中，需要使用能够精确处理这些微弱电流的仪器，比如吉时利的6487型皮安计电压源或6430型亚飞安源-表，它们能提供广泛的电流测量范围和电压扫描功能。 在实际测试中，APD通常被安置在一个电屏蔽的暗箱内，以防止外部静电干扰对敏感的电流测量造成影响。如图1所示，6430型亚飞安源-表连接到光电二极管，其低端与暗箱相连，确保电流测量的准确性和稳定性。 图2展示了InGaAs材料APD的反向偏置电流与电压的关系曲线，曲线显示了随着电压增加，电流显著增加的现象，这正是雪崩效应的体现。当电压达到击穿电压时，即使没有光照，APD也会开始导通，因为此时电子空穴对的产生不再依赖于光子的吸收。 对APD反向偏置电流的精确测量有助于评估器件的性能，优化其在实际应用中的工作条件，确保在高灵敏度要求的应用中实现最佳的光信号探测效果。此外，理解和控制APD的特性也对设计和制造高性能的光电设备至关重要。