01 APD工作原理

APD雪崩光電二極管的工作原理是基于光電效應(yīng)和雪崩效應(yīng)，當(dāng)光子被吸收時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，空穴向P區(qū)移動(dòng)，電子向N區(qū)移動(dòng)，由于電場的作用，電子與空穴相遇時(shí)會(huì)產(chǎn)生二次電子，形成雪崩效應(yīng)，從而使電荷載流子數(shù)目增加，電流增大，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。

圖：APD工作原理

02 APD測試挑戰(zhàn)

在APD的光電特性中，暗電流是一個(gè)重要的參數(shù)。暗電流是指在沒有光照射的情況下，APD中由于熱激發(fā)等原因?qū)е碌碾娮悠坪碗娮?空穴對(duì)產(chǎn)生而產(chǎn)生的電流，暗電流測試的準(zhǔn)確性對(duì)于評(píng)估APD的性能和穩(wěn)定性非常重要。在進(jìn)行APD暗電流測試時(shí)，通常面臨如下挑戰(zhàn)：

測試環(huán)境影響

在進(jìn)行暗電流測試時(shí)，需要確保測試環(huán)境中沒有光照射，光照會(huì)激發(fā)APD中的載流子，導(dǎo)致暗電流的增加，從而影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

連接電路影響

暗電流的測試通常需要提供一個(gè)反向偏壓，縱觀目前的電流表和電流計(jì)，都不具備提供偏壓的功能，因此必須在電流表的回路中加入電壓源。但這樣會(huì)使測試系統(tǒng)變得復(fù)雜，引入更多干擾條件，導(dǎo)致暗電流的測試精度無法保證。

03 APD暗電流測試解決方案

目前暗電流測試的最佳工具之一是數(shù)字源表（SMU），數(shù)字源表可作為獨(dú)立的恒壓源或恒流源、伏特計(jì)、安培計(jì)和歐姆表，還可用作精密電子負(fù)載，其高性能架構(gòu)還允許將其用作脈沖發(fā)生器、 波形發(fā)生器和自動(dòng)電流-電壓(I-V)特性分析系統(tǒng)，支持四象限工作。

采用數(shù)字源表進(jìn)行暗電流測試時(shí)，需要注意以下事項(xiàng)：

三同軸線纜連接

APD暗電流測試連接線通常會(huì)選擇使用低噪聲、低電阻的導(dǎo)線，三同軸線纜具有良好的導(dǎo)電性能和抗干擾能力，適合用于傳輸微弱信號(hào)，可以減少測試過程中的干擾和誤差。

如下圖三同軸線纜的半剖圖，多層絕緣屏蔽具有良好的抗干擾能力。

圖：三同軸線纜半剖圖

(1導(dǎo)體;2絕緣;3內(nèi)屏蔽層;4中間層;5外屏蔽層;6外護(hù)套)

屏蔽外部電磁信號(hào)干擾

測試系統(tǒng)架構(gòu)圖如下圖所示，數(shù)字源表（SMU）連接到光電二極管上，該光電二極管安放在一個(gè)電屏蔽的暗箱中，為了對(duì)敏感的電流測量進(jìn)行屏蔽使其不受外部干擾的影響，通過將屏蔽箱與數(shù)字源表（SMU）的低端相連，可以形成一個(gè)封閉的金屬屏蔽環(huán)境，有效地阻止外部電磁干擾信號(hào)的進(jìn)入，保護(hù)測試信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

圖：測試系統(tǒng)架構(gòu)

預(yù)留充足的測量時(shí)間

在進(jìn)行暗電流測試時(shí)，需要考慮測試時(shí)間的長短。通常情況下，這種現(xiàn)象可能是由于APD內(nèi)部的一些因素導(dǎo)致的，例如載流子的生成和收集過程。隨著測試時(shí)間的推移，由于暗電流源的累積或者其他因素的影響，暗電流會(huì)逐漸增加至一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。

此外，對(duì)于測量得到的暗電流數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗头治觯源_保測試結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。下圖為普賽斯數(shù)字源表（SMU）測試完成后，上位機(jī)軟件通過數(shù)據(jù)處理給出的測試結(jié)果以及測試曲線。

圖：測試結(jié)果

圖：測試曲線

審核編輯 黃宇