APD光电二极管综合实验

APD光电二极管综合实验仪

GCAPD-B

实

验

指

导

书

(V1.0)

武汉光驰科技有限公司

WUHAN GUANGCHI TECHNOLOGY CO.,LTD

目录

第一章 APD光电二极管综合实验仪说明 ................ - 3 -

1、电子电路部分结构分布......................... - 3 -

2、光通路组件 .................................. - 4 - 第二章 APD光电二极管特性测试.................... - 5 -

1、APD光电二极管暗电流测试..................... - 7 -

2、APD光电二极管光电流测试..................... - 8 -

3、APD光电二极管伏安特性....................... - 8 -

4、APD光电二极管雪崩电压测试 ................... - 9 -

5、APD光电二极管光照特性....................... - 9 -

6、APD光电二极管时间响应特性测试 .............. - 10 -

7、APD光电二极管光谱特性测试 .................. - 10 -

第一章 APD光电二极管综合实验仪说明

一、产品介绍

雪崩光电二极管的特点是高速响应性和放大功能。雪崩光电二极管(APD)的基片材料可采用硅和锗等材料。其结构是在n型基片上制作p层，然后在配置上p+层。一般上部的电极制作成环状，这是考虑到能获得稳定的“雪崩”效应。外来的光线通过薄的p+层，然后被p层吸收，从而产生了电子和空穴。由于在p层上存在着105V/cm的电场，因此位于价带的电子被冲击离子化后，产生雪崩倍增效应，电子和空穴不断产生。

这种元件可以用作0.8m范围的光纤通信的受光装置和光磁盘的受光期间还，能够有效地处理微弱光线的问题，当量子效率为68%以上时，可得到大于300MH z的高速响应。工作电压小于180V时，则暗电流仅为0.3nA。采用锗的APD所使用的波长范围接近于1m,由于它专用于光纤通信，所以其响应速度高达600MHz以上，偏压30V以下时，可获得高于55%的量子效率。暗电流很大，为0.5uA左右。GCAPD-B型APD雪崩光电二极管综合实验仪主要研究APD光电二极管的基本特性，如光电流、暗电流、光照特性、光谱特性、伏安特性及时间相应特性等，以及这种光敏器件与其它光电器件的应用差别。

二、实验仪说明

1、电子电路部分结构分布

电子电路部分功能说明

（1）电压表：独立电压表，可切换三档，200mV，2V，20V，通过拨段开关进行调节，白色所指示的位置即为所对应的档位。

“+”“-”分别对应电压表的“正”“负”输入极。

（2）电流表：独立电流表，可切换四档，200uA，2mA，20mA，200mA通过拨段开关进行调节，白色所指示的位置即为所对应的档位。

“+”“-”分别对应电压表的“正”“负”输入极。

（3）照度计电源：红色为照度计电源正极，黑色为照度计电源负极。

（４）直流电源：0～200V可调，“0～200V”为直流电源的正极，另一端为负极。（５）信号测试单元：

TP1：与T1直接相连

TP2：与T2直接相连

TP ：光脉冲调制信号测试端

注：信号测试单元的GND与直流电源0～200V不共地。

2、光通路组件

出端

输出端

图1 光电二三极管光通路组件

功能说明：

分光镜：50%透过50%反射镜，将平行光一半给照度计探头，一半给等测光器件，实验测试方便简单，照度计可实时检测出等测器件所接收的光照度。

光器件输出端：红色——APD光电二极管“P”极

黑色——APD光电二极管“N”极

第二章 APD光电二极管特性测试

一、实验目的

1、学习掌握APD光电二极管的工作原理

2、学习掌握APD光电二极管的基本特性

3、掌握APD光电二极管特性测试方法

4、了解APD光电二极管的基本应用

二、实验内容

1、APD光电二极管暗电流测试实验

2、APD光电二极管光电流测试实验

3、APD光电二极管伏安特性测试实验

4、APD光电二极管雪崩电压测试实验

5、APD光电二极管光电特性测试实验

6、APD光电二极管时间响应特性测试实验

7、APD光电二极管光谱特性测试实验

三、实验仪器

1、光电探测综合实验仪 1个

2、光通路组件 1套

3、光照度计 1台

4、光敏电阻及封装组件 1套

5、2#迭插头对（红色，50cm） 10根

6、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根

7、三相电源线 1根

8、实验指导书 1本

9、示波器 1台

四、实验原理

雪崩光电二极管APD—Avalanche Photodiode是具有内部增益的光检测器，它可以用来检测微弱光信号并获得较大的输出光电流。

雪崩光电二极管能够获得内部增益是基于碰撞电离效应。当PN结上加高的反向偏压时，耗尽层的电场很强，光生载流子经过时就会被电场加速，当电场强度足够高(约3x105V ／cm)时，光生载流子获得很大的动能，它们在高速运动中与半导体晶格碰撞，使晶体中的原子电离，从而激发出新的电子一空穴对，这种现象称为碰撞电离。碰撞电离产生的电子一空穴对在强电场作用下同样又被加速，重复前一过程，这样多次碰撞电离的结果使载流子迅速增加，电流也迅速增大，这个物理过程称为雪崩倍增效应。

图6-1为APD的一种结构。外侧与电极接触的P区和N区都进行了重掺杂，分别以P+和N+表示；在I区和N+区中间是宽度较窄的另一层P区。APD工作在大的反偏压下，当反偏压加大到某一值后，耗尽层从N+-P结区一直扩展(或称拉通)到P+区，包括了中间的P层区和I区。图6-1的结构为拉通型APD的结构。从图中可以看到，电场在I区分布较弱，而在N+-P区分布较强，碰撞电离区即雪崩区就在N+-P区。尽管I区的电场比N+-P