Descripción general
El diodo es un dispositivo semiconductor que convierte la luz en la corriente. Hay una capa intrínseca entre las capas P (positivas) y N (negativas). El fotodiodo acepta la energía de la luz como entrada para generar corriente eléctrica. Los fotodiodos también se conocen como fotodetectores, fotosensores o fotodetectores, los fotodiodos (PIN), el fotodiodo de avalancha (APD), el diodo de avalancha de fotón único (SPAD), el fotomultiplicador de silicio (SIPM / MPPC).

Fotodiodo (PIN) también conocido como diodo de unión PIN, donde una capa de semiconductor de tipo I es baja en el medio de la unión PN Photodiodo, puede aumentar el ancho del área de agotamiento, reducir el impacto del movimiento de difusión y mejorar la velocidad de respuesta. Debido a la baja concentración de dopaje de esta capa de incorporación, semiconductor casi intrínseco, se llama capa I, por lo que esta estructura se convierte en fotodiodo PIN;

Avalanche Photodiodo (APD) es un fotodiodo con una ganancia interna, el principio similar a un tubo de fotomultiplicador. Después de agregar un alto voltaje de polarización inversa (generalmente 100-200V en materiales de silicio), se puede obtener ganancia de corriente interna de aproximadamente 100 en el APD mediante el efecto de colisión de ionización (desglose de avalancha);

El diodo de avalancha de fotón único (SPAD) es un diodo de avalancha de detección fotoeléctrica con capacidad de detección de fotones individuales que funciona en APD (diodo de fotón de avalancha) en modo Geiger. Aplicado a la espectroscopía Raman, la tomografía por emisión de positrones y las áreas de imagen de vida de fluorescencia;

Silicon Photomultiplier (SIPM) es una especie de trabajo en el voltaje de desglose de avalancha y tiene el mecanismo de enfriamiento de avalancha de la matriz de fotodiodos de avalancha en paralelo, con una excelente resolución de número de fotones y sensibilidad de detección de fotones únicos del detector de baja luz de silicona, con alta ganancia, alta sensitividad, bajo voltaje de basura, no sensitiva al campo de magnética, la estructura del magnético de la silicona, con la estructura de silicio, con alta ganancia, alta sensitividad, bajo voltaje de basura, no sensitiva al campo de magnética magnética.

Los fotodiodos PIN no tienen efecto multiplicador y a menudo se aplican en el campo de detección de corto alcance. La tecnología APD Avalanche Photodiodo es relativamente madura y es el fotodetector más utilizado. La ganancia típica de APD es actualmente 10-100 veces, la fuente de luz debe aumentar significativamente para garantizar que el APD tenga una señal durante la prueba de larga distancia, el diodo de avalancha de fotón único SPAD y el sipm / mppc silicon Photomultiplier existen principalmente para resolver la capacidad de ganancia y la implementación de los Arrays de tamaño grande::
1) SPAD o SIPM / MPPC es un APD que funciona en modo Geiger, que puede obtener una ganancia de decenas a miles de veces, pero los costos del sistema y el circuito son altos;
2) SIPM / MPPC es una forma de matriz de SPAD múltiple, que puede obtener un rango detectable más alto y usar con una fuente de luz de matriz a través de múltiples SPAD, por lo que es más fácil integrar la tecnología CMOS y tiene la ventaja de costo de la escala de producción en masa. Además, como el voltaje operativo SIPM es principalmente inferior a 30V, sin necesidad del sistema de alto voltaje, fácil de integrar con los sistemas electrónicos convencionales, la ganancia interna de un nivel interno también hace que los requisitos de SIPM para el circuito de lectura de extremo posterior sean más simples. En la actualidad, SIPM se usa ampliamente en instrumentos médicos, detección y medición láser (LiDAR), análisis de precisión,
Monitoreo de radiación, detección de seguridad y otros campos, con el desarrollo continuo de SIPM, se expandirá a más campos.

Prueba fotoeléctrica de fotodetector
Los fotodetectores generalmente necesitan probar primero la oblea, luego realizar una segunda prueba en el dispositivo después del empaque para completar el análisis característico final y la operación de clasificación; Cuando el fotodetector está funcionando, debe aplicar un voltaje de polarización inversa para sacar la luz. Los pares de electrones generados se inyectan para completar el portador fotogenerado. Los fotodetectores generalmente funcionan en el estado inverso; Durante las pruebas, se presta más atención a parámetros como corriente oscura, voltaje de descomposición inversa, capacitancia de unión, capacidad de respuesta y diafonía.
Utilice el medidor digital de fuga
Caracterización de rendimiento fotoeléctrico de fotodetectores
Una de las mejores herramientas para la caracterización de los parámetros de rendimiento fotoeléctrico es el medidor de medida de origen digital (SMU). Medidor de medición de fuente digital como fuente de voltaje independiente o fuente de corriente, puede generar voltaje constante, corriente constante o señal de pulso, también puede ser como instrumento para voltaje o corriente de corriente; Soporte de Trig Trigger, múltiples instrumentos de trabajo de enlace; Para la prueba de muestra única del detector fotoeléctrico y la prueba de verificación de muestra múltiple, se puede construir un esquema de prueba completo a través de un solo medidor de medida de fuente digital, medidor de medidas de fuente digital múltiple o medidor de medidas de fuente de fuente de tarjeta.

Medidor de medida de fuente digital preciso
Construya el esquema de prueba fotoeléctrica del detector fotoeléctrico
Corriente oscura

La corriente oscura es la corriente formada por el tubo PIN / APD sin iluminación; Es esencialmente generado por las propiedades estructurales del PIN / APD en sí, que generalmente está por debajo del grado μA.
Usando el medidor de medida de origen de la serie S o la serie P, la corriente mínima del medidor de medidas de fuente de la serie S es100 Pa, y la corriente mínima del medidor de medidas de la fuente de la serie P es de 10 Pa.

Circuitos de prueba

IV Curva de corriente oscura

Al medir la corriente de bajo nivel (<1 μA), se pueden usar conectores coaxiales triples y cables triples coaxiales. El cable coaxial se compone del núcleo interno (el conector correspondiente es el contacto central), la capa protectora (el conector correspondiente es el contacto cilíndrico medio) y la capa de blindaje de la piel externa. En el circuito de prueba del extremo de protección del medidor de medidas de origen, ya que existe equipotencial entre las tres capa de protección coaxial y el núcleo interno, no habrá una generación de corriente de fuga, lo que puede mejorar la precisión de la prueba de baja corriente.

Interfaces del medidor de medidas de origen

Adaptador triaxial

Desglose voltaje inverso
Cuando el voltaje inverso aplicado excede un cierto valor, la corriente inversa aumentará repentinamente, este fenómeno se llama descomposición eléctrica. El voltaje crítico queCausas La descomposición eléctrica se denomina voltaje de descomposición inversa del diodo.
De acuerdo con las diferentes especificaciones del dispositivo, el índice de resistencia de voltaje no es consistente, y el instrumento requerido para la prueba también es diferente. Se recomienda utilizar el medidor de medición de fuente de escritorio de la serie S o el medidor de medición de fuente de pulso de la serie P por debajo de 300 V, el voltaje máximo es de 300 V, se recomienda el voltaje de ruptura por encima de 300 V y el voltaje máximo es de 3500 V.

Circuitos de conexión

Curva de voltaje de desglose inversa

Prueba de CV
La capacitancia de la unión es una propiedad importante del fotodiodo y tiene una gran influencia en su ancho de banda y respuesta. Cabe señalar que el diodo con un área de unión PN grande tiene un volumen de unión más grande y también tiene un condensador de carga más grande. En la aplicación de sesgo inverso, aumentar el ancho de la zona de agotamiento de la unión reduce efectivamente la capacitancia de la unión y aumenta la velocidad de respuesta. El esquema de prueba CV Photodiodo consiste en el medidor de medidas de fuente de la serie S, LCR, la caja de abrazadera de prueba y el software de la computadora superior. El circuito de prueba y el diagrama de curva se muestran como se muestra a continuación.

Circuitos de conexión de prueba CV

Curva de CV

Capacidad de capacidad
La capacidad de respuesta del fotodiodo se define como la relación de la fotocorriente generada (IP) con la potencia de luz incidente (PIN), con la longitud de onda especificada y el sesgo inverso, generalmente en A / W. La respuesta está relacionada con la magnitud de la eficiencia cuántica, que es la realización externa de la eficiencia cuántica, y la respuesta es R = IP / PIN. Usando el medidor de medidas de fuente de la serie S o la serie P, la corriente mínima del medidor de medidas de fuente de la serie S es de 100 PA, y la corriente mínima del medidor de oferta de la serie P es de 10 Pa.

Prueba óptica de diafonía (diafonía)

En el campo LiDAR, el número de fotodetectores utilizados en productos LIDAR con diferentes líneas es diferente, y el intervalo entre fotodetectores es muy pequeño. En el proceso de uso, habrá diafonía óptica mutua al mismo tiempo, y la existencia de diafonía óptica afectará seriamente el rendimiento de LiDAR.
La diafonía óptica toma dos formas: el incidente de la luz en un ángulo grande por encima de la matriz ingresa al fotodetector adyacente y se absorbe antes de ser completamente absorbido por el fotodetector; En segundo lugar, una parte de la luz de incidente de gran ángulo no es incidente en el área fotosensible, sino que incide a la capa de interconexión entre los fotodetectores y se refleja en el área fotosensible del dispositivo adyacente.

La prueba de diafonía óptica del detector de matriz es principalmente para la prueba de diafonía DC de matriz, que se refiere al valor máximo de la relación de la fotocorriente de la unidad de luz a cualquier fotocorriente de unidad adyacente en el diodo de matriz bajo el polarización inversa especificada, longitud de onda y potencia óptica.

Solución de prueba de la serie S/P

Solución de prueba multicanal de la serie CS

Se recomienda la prueba de la serie S de prueba, la serie P o el esquema de prueba multicanal de la serie CS.
Este esquema está compuesto principalmente de host CS1003C / CS101 y subcárdica CS100 / CS400, que tiene las características de alta densidad de canal, una fuerte función de activación sincrónica y alta eficiencia de combinación de múltiples dispositivos.
CS1003C / CS1010C: Uso del ancho de banda del bus de placa posterior, el ancho de banda del bus de placa posterior de hasta 3 Gbps, admite 16 bus de activación, para satisfacer las necesidades de comunicación de alta velocidad de equipos de tarjetas múltiples, CS1003C tiene una ranura para hasta 3 subcardas, CS1010C tiene una ranura para hasta 10 subcardas.

Subcard CS100: subcard de un solo canal único con capacidad de trabajo de cuatro cuadrantes, voltaje máximo de 300V, corriente mínima de 100 Pa, precisión de salida de 0.1%, potencia máxima de 30W; hasta 10 canales de prueba.
Subcard CS400: una tarjeta de palabras de cuatro canales de una sola tarjeta con 4 canales, el voltaje máximo de 10V, la corriente máxima de 200 mA, precisión de salida de 0.1%, canal únicopotencia máxima de 2W; puede construir 40 con canales de prueba de host CS1010.

Solución de prueba de rendimiento eléctrico de acoplamiento óptico (OC)
El acoplador óptico (acoplador óptico, abreviatura inglesa OC) también se conoce como separador fotoeléctrico o acoplador fotoeléctrico, denominado fotocopulador. Es un dispositivo que transmite señales eléctricas con luz como medio. Generalmente se compone de tres partes: transmisión de luz, recepción de luz y amplificación de señal. La señal eléctrica de entrada impulsa un diodo emisor de luz (LED), lo que hace que emita una cierta longitud de onda de la luz, que es recibida por el detector óptico para generar una fotocorriente, que se amplifica y sale aún más. Esto completa la conversión de electricidad una luz, una electricidad, desempeñando así el papel de entrada, salida y aislamiento.
Debido a que la entrada y la salida del acoplador óptico se aislan entre sí, la transmisión de señales eléctricas es unidireccional, por lo que tiene una buena capacidad de aislamiento eléctrico y capacidad anti-interferencia, por lo que se usa ampliamente en varios circuitos. En la actualidad, se ha convertido en uno de los dispositivos fotoeléctricos más diversos y ampliamente utilizados.

Para los dispositivos de acoplamiento óptico, los principales parámetros de caracterización de rendimiento eléctrico son: voltaje de avance VF, IR de corriente inversa, capacitancia de entrada CIN, voltaje de descomposición de colector de emisores BVCEO, relación de conversión de corriente CTR, etc.

VF de voltaje directo
VF se refiere a la caída de presión del LED en una corriente operativa dada. Los LED comunes de baja potencia generalmente prueban el voltaje de funcionamiento hacia adelante con la corriente MA. El medidor de medidas fuente de la serie S Perth o la serie P se recomienda durante la prueba.

Circuitos de prueba VF

Corriente de fuga inversa IR
Por lo general, la corriente inversa que fluye a través del fotodiodo al voltaje inverso máximo, generalmente la corriente de fuga inversa en el nivel de NA. El medidor Test S Series S o la serie P de la serie P tiene la capacidad de trabajar en cuadrantes de info, puede generar voltaje negativo sin ajustar el circuito. Al medir la corriente de bajo nivel (<1 μ a), se recomiendan tres conectores coaxiales y cables triples coaxiales.

Voltaje de desglose de la colección de amarradores BVCEO
Se refiere al valor VCEO cuando la corriente de salida comienza a aumentar bajo la condición del circuito abierto. De acuerdo con las diferentes especificaciones del dispositivo, el índice de resistencia de voltaje no es consistente, y el instrumento requerido para la prueba también es diferente. Se recomienda utilizar el medidor de medición de fuente de escritorio de la serie S o el medidor de medición de fuente de pulso de la serie P por debajo de 300 V, el voltaje máximo es de 300 V, el
Se recomienda el voltaje de descomposición por encima de 300 V, y el voltaje máximo es de 3500 V.

Circuitos de prueba BVCEO

Relación de transferencia actual CTR
Relación de transferencia de corriente CTR (relación de transferencia de corriente), cuando el voltaje de funcionamiento del tubo de salida es el valor especificado, la relación de la corriente de salida y la corriente de avance del diodo emisor de luz es la relación de conversión de corriente CTR. El medidor de medidas fuente de la serie S Perth o la serie P se recomienda durante la prueba.

Tensión de aislamiento
Resistencia al voltaje de aislamiento entre los extremos de entrada y salida del acoplador óptico. En general, el voltaje de aislamiento es alto y se requiere un gran equipo de voltaje para las pruebas. Se recomienda el medidor de medida fuente de la serie E, y el voltaje máximo es de 3500 V.

circuitos de prueba de voltaje de aislamiento

Capacitancia aislada CF
La capacitancia aislada CR se refiere al valor de capacitancia entre los terminales de entrada y salida del dispositivo fotocoplado.
El esquema de prueba consta de medidor de medición de fuente de la serie S, puente digital, caja de abrazadera de prueba y software de computadora superior. El circuito de prueba y el diagrama de curva se muestran a continuación.

circuitos de prueba de condensadores de aislamiento

Curva de cfes

Conclusión
Wuhan Percise Instrument se ha centrado en el desarrollo de instrumentos de prueba de rendimiento eléctrico de semiconductores, basado en el algoritmo central y las ventajas de la plataforma de tecnología de integración del sistema, la primera investigación independiente y el desarrollo del medidor de medidas de fuente digital de alta precisión, medidor de medidas de fuente de pulso, medidor de medidas de fuente de pulso estrecho, medidores de medidores de fuente de tarjeta integrada se utilizan ampliamente en el análisis del análisis de los dispositivos semiconductores y el campo de la prueba. Según las necesidades de los usuarios, ofrecemos con las soluciones de prueba de semiconductores más eficientes y efectivas.