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如何精準測試光電器件中的PN結電容?

2024-08-06

研究背景

從古代的烽火臺到如今的光通信領域,作為一種可以承載信息的載體一直被廣泛應用。其中,光電探測器基于光電效應的原理,可將光信號轉換為電信號(響應速度快、高靈敏度等優勢),以實現對光強度、波長、頻率等參數的測量和分析。

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光電探測器根據其工作原理和結構特點可分為光電二極管、PIN型光電二極管等,其中光電二極管是利用半導體PN結和內部反射機制實現對入射光信號的轉換,本次將圍繞光電二極管中的PN結電容進行介紹。


一、測試對象·PN結電容

PN結的最大特性是單向導電性,當正向電壓到達一定值時,PN結被導通;當反向電壓在一定范圍內時,PN結產生微弱的反向飽和電流;當反向電壓超過一定值時,PN結被擊穿。

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在PN結處,會因為外加電壓產生一定電荷積累,這就是結電容效應,PN結電容=擴散電容+勢壘電容(Cj=Cb+Cd),電容特性是隔直通交,當通過電容的電壓頻率很低時,結電容可以忽略,PN結還是單向導通。

在光電芯片中,工作頻率較高,如果,PN結的電容較大,就更容易在高頻率下變為雙向導通的失效狀態。可見,PN結電容是越小越好。


二、測試要求

在光電應用中,需要測試大量探測器和激光發射器的PN結電容,大概在1pF左右


三、測試過程

一說到測電容,我們都會選擇阻抗分析儀/LCR電橋,但同時也會遇到以下幾個難點:

1,電容值小:對于芯片,1pF左右的電容;對于器件,10pF左右,這個數值很小,對于分辨率不高的普通LCR,沒有這個測試能力;

2,測試頻率較高:一般1MHz起,2MHz以內;

3,需要較大的偏置:10V至30V,甚至還有40V;

4,對于芯片,在測試電容中,pad或者pin如果在一面,可以用兩個探針扎,兩根針的校準相對簡單;如果處在芯片的不同面,需要用芯片的托盤作為負極連接(無法扎針),校準的細節就很考究,需要測試者較好的工程調試經驗。

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TH2838系列是采用自動平衡電橋原理研制成功的新一代阻抗測試儀器,其0.05%的基本精度、最快達5.6ms的測試速度、20Hz-2MHz的頻率范圍及高達1GΩ的阻抗測試范圍可以滿足元件與材料的測量要求,特別有利于低損耗(D)電容器和高品質因數(Q)電感器的測量。


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