影響硅光電二極管使用的九個問題

發布日期:2023-06-13 15:00:17   瀏覽量 :342
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硅光電二極管簡稱Si PD,是一種應用非常廣泛的光探測器件,作為Si PD市場的深度玩家,濱松具有上千種Si PD型號,不僅涵蓋了從紫外到近紅外直至太赫茲區域等寬廣的波長范圍,而且金屬、陶瓷、塑料封裝到表面貼裝等各種封裝類型一應俱全。

下面是有關Si PD被問及次數最高的9個問題。

Q1同一型號的Si PD,靈敏度會有差異嗎?

Q2. 溫度對Si PD光譜響應度的影響?

Q3. 假設Si PD直徑10 mm,入射光功率相同,光斑3 mm和5 mm輸出光電流相同嗎?

Q4. Si PD線性范圍很大嗎?

Q5. 哪些因素影響Si PD的時間特性?

Q6. 半導體元器件封裝特點?

Q7. Si PD使用時間能有多長?

Q8. 針對Si PD,是加反向偏壓使用好還是不加偏壓使用好?

Q9. Si PD類輸出的電流信號后續如何處理等(放大、I-V轉換、采集等)?


同一型號Si PD,靈敏度有差異嗎?
實際情況下,靈敏度會有一定的離散性。以S2386系列為例,在400到900 nm區間內,離散性3σ的參考值約為5%。
圖1 S2386系列產品展示


溫度對Si PD光譜響應度的影響?

在波長短于靈敏度峰值波長的區域,光譜響應幾乎不受溫度影響;但是,在波長長于峰值敏感波長的區域,有一個正的溫度系數。例如S1226和S1336,請參考:

圖2 PD光譜響應及不同波長下的溫度效應


  1. 假設Si PD直徑10mm,入射光功率相同,光斑3mm和5mm輸出光電流相同嗎?

在二極管局部不飽和的情況下,同時光斑大小在二極管感光面80%以下,輸出光電流和光斑大小無關。


Si PD線性范圍很大嗎?
Si PD的光電流與入射光量呈很好的線性。當入射光量在10-12 W~10-2 W范圍內,可以獲得的線性度范圍高于九個數量級(取決于Si PD類型和工作電路等)。線性度的下限由噪聲等效功率(NEP)決定,而上限取決于負載電阻、反向電壓等,如公式所示。

最大的短路電流為mA級,可以參考S1133。


哪些因素影響Si PD的時間特性?
Si PD的響應時間主要由以下因素決定,如:CR時間常數,載流子擴散速率,以及耗盡層的載流子遷移時間等。另外相比于短波長的光,長波長的光的載流子擴散時間更長,因此光電二極管的響應更慢。下面的幾種方法可以提高響應速度: 
①選擇具有極間電容更低的Si PD; 
②減少負載電阻; 
③通過反向電壓降低極間電容。注意:增加反向電壓會增加暗電流。


  1. 半導體元器件封裝特點?
電子元器件為了免受灰塵、水分、沖擊、振動和化學物質等外界因素的干擾,保證元器件的正常工作,通常都要進行封裝絕緣保護。電子封裝根據材料組成主要有金屬,陶瓷,塑料基底封裝,以下是濱松常見的元器件產品:
圖3 PD的不同封裝形式
圖4 PD不同封裝的特點
①帶BNC連接頭:通過BNC-BNC連接線,便于同放大器或電流計直接連接;
②表面貼裝類型:結構簡單,適于各種大小、形狀的元件,焊接于PCB電路板;
③耦合閃爍體:測量閃爍體產生的熒光,用于X射線無損檢測;
④芯片尺寸封裝:封裝尺寸和芯片核心尺寸基本相同,實現高密度,小型化。


Si PD工作壽命有多長?

正常使用的條件下,Si PD的壽命基本可以認為非常長。然而,某些場景下可能使其受到的光、電、機械或熱應力等超過規定的范圍,因此限制其使用壽命。

以S5106為例,理論計算的MTTF如下:

針對Si PD,是加反向偏壓使用好還是不加偏壓使用好?

反向偏壓情況下耗盡層寬度增加,結電容變小,響應度會相應提高,但是暗電流會變大;無偏壓狀態下暗電流能控制到很小,但是其余屬性不如有反向偏壓的情況。


Si PD類輸出的電流信號后續如何處理等(放大、I-V轉換、采集等)?
對于光功率的測量應用,Si PD類可直接通過皮安電流表讀出電流;對于光通信領域,pin型的PD用于測量高速光信號,后端需要通過高帶寬的跨阻放大器實現I/V轉換并放大,最后通過示波器顯示,或ADC采集。
溫度
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Si PD
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