如何用数字源表简化apd的暗电流测试

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来源：武汉普赛斯仪表有限公司 2024年03月15日 09:24

APD工作原理

APD雪崩光电二极管的工作原理是基于光电效应和雪崩效应，当光子被吸收时，会产生电子空穴对，空穴向P区移动，电子向N区移动，由于电场的作用，电子与空穴相遇时会产生二次电子，形成雪崩效应，从而使电荷载流子数目增加，电流增大，实现光电转换。

图：APD工作原理

APD测试挑战

在APD的光电特性中，暗电流是一个重要的参数。暗电流是指在没有光照射的情况下，APD中由于热激发等原因导致的电子漂移和电子-空穴对产生而产生的电流，暗电流测试的准确性对于评估APD的性能和稳定性非常重要。在进行APD暗电流测试时，通常面临如下挑战：

测试环境影响

在进行暗电流测试时，需要确保测试环境中没有光照射，光照会激发APD中的载流子，导致暗电流的增加，从而影响测试结果的准确性。

连接电路影响

暗电流的测试通常需要提供一个反向偏压，纵观目前的电流表和电流计，都不具备提供偏压的功能，因此必须在电流表的回路中加入电压源。但这样会使测试系统变得复杂，引入更多干扰条件，导致暗电流的测试精度无法保证。

APD暗电流测试解决方案

目前暗电流测试的最佳工具之一是数字源表（SMU），数字源表可作为独立的恒压源或恒流源、伏特计、安培计和欧姆表，还可用作精密电子负载，其高性能架构还允许将其用作脉冲发生器、波形发生器和自动电流-电压(I-V)特性分析系统，支持四象限工作。

采用数字源表进行暗电流测试时，需要注意以下事项：

三同轴线缆连接

APD暗电流测试连接线通常会选择使用低噪声、低电阻的导线，三同轴线缆具有良好的导电性能和抗干扰能力，适合用于传输微弱信号，可以减少测试过程中的干扰和误差。

如下图三同轴线缆的半剖图，多层绝缘屏蔽具有良好的抗干扰能力。

图：三同轴线缆半剖图

(1导体;2绝缘;3内屏蔽层;4中间层;5外屏蔽层;6外护套)

屏蔽外部电磁信号干扰

测试系统架构图如下图所示，数字源表（SMU）连接到光电二极管上，该光电二极管安放在一个电屏蔽的暗箱中，为了对敏感的电流测量进行屏蔽使其不受外部干扰的影响，通过将屏蔽箱与数字源表（SMU）的低端相连，可以形成一个封闭的金属屏蔽环境，有效地阻止外部电磁干扰信号的进入，保护测试信号的准确性和稳定性。

图：测试系统架构

预留充足的测量时间

在进行暗电流测试时，需要考虑测试时间的长短。通常情况下，这种现象可能是由于APD内部的一些因素导致的，例如载流子的生成和收集过程。随着测试时间的推移，由于暗电流源的累积或者其他因素的影响，暗电流会逐渐增加至一个稳定的数值。

此外，对于测量得到的暗电流数据，需要进行适当的处理和分析，以确保测试结果的准确可靠。下图为普赛斯数字源表（SMU）测试完成后，上位机软件通过数据处理给出的测试结果以及测试曲线。

图：测试结果

图：测试曲线

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