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和雪崩效應，當光子被吸收時，會產生電子空穴對，空穴向P區移動，電子向N區移動，由于電場的作用，電子與空穴相遇時會產生二次電子，形成雪崩效應，從而使電荷載流子數目增加，電流增大，實現光電轉換。

圖：APD工作原理

02 APD測試挑戰

在APD的光電特性中，暗電流是一個重要的參數。暗電流是指在沒有光照射的情況下，APD中由于熱激發等原因導致的電子漂移和電子-空穴對產生而產生的電流，暗電流測試的準確性對于評估APD的性能和穩定性非常重要。在進行APD暗電流測試時，通常面臨如下挑戰：

測試環境影響

在進行暗電流測試時，需要確保測試環境中沒有光照射，光照會激發APD中的載流子，導致暗電流的增加，從而影響測試結果的準確性。

連接電路影響

暗電流的測試通常需要提供一個反向偏壓，縱觀目前的電流表和電流計，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。但這樣會使測試系統變得復雜，引入更多干擾條件，導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字源表（SMU），數字源表可作為獨立的恒壓源或恒流源、伏特計、安培計和歐姆表，還可用作精密電子負載，其高性能架構還允許將其用作脈沖發生器、 波形發生器和自動電流-電壓(I-V)特性分析系統，支持四象限工作。

采用數字源表進行暗電流測試時，需要注意以下事項：

三同軸線纜連接

APD暗電流測試連接線通常會選擇使用低噪聲、低電阻的導線，三同軸線纜具有良好的導電性能和抗干擾能力，適合用于傳輸微弱信號，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導體;2絕緣;3內屏蔽層;4中間層;5外屏蔽層;6外護套)

屏蔽外部電磁信號干擾

測試系統架構圖如下圖所示，數字源表（SMU）連接到光電二極管上，該光電二極管安放在一個電屏蔽的暗箱中，為了對敏感的電流測量進行屏蔽使其不受外部干擾的影響，通過將屏蔽箱與數字源表（SMU）的低端相連，可以形成一個封閉的金屬屏蔽環境，有效地阻止外部電磁干擾信號的進入，保護測試信號的準確性和穩定性。

圖：測試系統架構

預留充足的測量時間

在進行暗電流測試時，需要考慮測試時間的長短。通常情況下，這種現象可能是由于APD內部的一些因素導致的，例如載流子的生成和收集過程。隨著測試時間的推移，由于暗電流源的累積或者其他因素的影響，暗電流會逐漸增加至一個穩定的數值。

此外，對于測量得到的暗電流數據，需要進行適當的處理和分析，以確保測試結果的準確可靠。下圖為普賽斯數字源表（SMU）測試完成后，上位機軟件通過數據處理給出的測試結果以及測試曲線。

圖：測試結果

圖：測試曲線

審核編輯 黃宇