摘要：APD光电二极管是在光探测研究中使用的一种重要的光伏探测器元件，在光电系统领域中有着举足轻重的地位，我国光电领域的科研人员对APD光电二极管的研究十分重视，如何对APD光电二极管的性能进行测试成为了科研人员需要攻破的首要难关。本文主要介绍的针对APD光电二极管的部分特性测试，主要包括暗电流、光电流的测试、APD光电二极管的电压特点、APD光电二极管的光照性能测试、APD光电二极管的达到什么条件会击穿的测试以及APD光电二极管的响应度与倍增因子情况的测试研究。
关键词：APD光电二极管；结构；特性；测试
1.简析APD光电二极管的概念与优点
1.1 APD光电二极管的定义
Avalanche Photo Diode的中文译名为雪崩光电二极管，又称APD光电二极管，主要应用与光电工程领域，APD光电二极管的生产材料主要是半导体材料硅或锗为主，APD光电二极管被称为雪崩光电二极管的原因是因为在光探测中，在APD光电二极管的P-N结上加上反向偏压后，测试的光被APD光电二极管中的P-N结构吸收后，形成的光电流在改变反向偏压后，会造成光电流成倍的激增的现象，因为视觉上形同“雪崩”，所以APD光电二极管又称为雪崩光电二极管。
1.2 APD光电二极管的优点
普通的光电二极管在在光学反映中的性能测试中的性能较差，主要原因是普通光电二极管的灵敏度不高，对光电流的敏感性不强，APD光电二极管则是通过技术改良，增强了光电二极管的灵敏度，提高了对光电流的敏度，对我国光电领域的精密测量提供了技术前提。APD光电二极管在实验中由于碰撞电离和倍增效应的原因，导致响应速度十分快，它的频带带宽可以高达100GHZ，因而使得APD光电二极管的响应速度成为最快的一种光电二极管。
2. APD光电二极管工作原理及常见结构分析
2.1 APD光电二极管的工作原理
APD光电二极管作为一种光电数据检测的元件，在接收到光信号后，利用光电检测数据的变化，分析光信号的数据，为测试研究提供严谨的数据，因为APD光电二极管测试的高效性与准确性，科研人员对APD光电二极管这类光电检测器的研究十分重视，接下里介绍的是APD光电二极管的工作原理，APD光电二极管的工作原理主要包括碰撞电离和雪崩倍增。
2.2碰撞电离概念分析
碰撞电离的概念为：在能量十分大的电子、光子、离子在碰撞到气体中的分子或原子时，将被撞击的分子或原子中的价电子释放出来行成正离子的过程。在APD光电二极管中，因材料为半导体硅或锗Ⅳ族，所以在强电场的作用下加速到足够高的能量，使得电子从价带跃迁到导带的过程。
2.3雪崩倍增效应
APD光电二极管的材料为半导体，在测试中，APD光电二极管中的雪崩倍增效应通过电离率（电离率指在通过单位长度时，一个载流子产生电子空穴对数目的平均值）的判断碰撞电离效应的强弱，在强电场的作用下，APD光电二极管中的载流子会被加热，一部分载流子在获得了高能量的情况下，有可能将能量传递给被碰撞后的电子上，使电子发生电离效应，这就是上段中提到的碰撞电离效应，在产生的电子空穴对中，在强电场中做相反方向的运动，有被强电场加热，形成新的电子空穴对，以此类推，大量的载流子的行成，这种现象就被称为雪崩倍增效应。
3.APD光电二极管测试系统的构成
APD光电二极管测试系统主要部分是由硬件系统和软件系统组成。
3.1 APD光电二极管测试系统中电路的硬件部分
单片微型计算机控制着激光器驱动电路、LCD显示和ADL5317电路，ADL5317电路同时受到升压电路的控制。ADL5317电路与电流检测电路相连接，同时直接测试着APD光电二极管。当然APD光电二极管的测试对接入的电压水平和检测的最低电流水平有着一定的限制。
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3.2 APD光电二极管测试电路中的软件部分
APD光电二极管测试系统中的软件部分主要是MCU控制单元对接收到的信号进行采样、研究、控制的过程。其中主要有对MCU控制单元的分析，对片机内部的AD和DA进行采样调试测试。
4.APD雪崩光电二极管的特性测试实验
4.1 实验测试原理
APD雪崩光电二极管作为一种光学检测器，它可以检测输入的光信号的波长等详细情况，还有利用碰撞电离效应来增强接收到的电信号，APD雪崩光电二极管在高电场强度（通常将高于3*105V/cm的电场强度称为高电场强度）的作用下，被APD雪崩光电二极管中P-N结构所吸收，P-N结构根据自身的特点，将电场内的场强耗尽，光生电流的载流子在经过高电场的时候，就会被高电场加速，并产生热量。
4.2实验过程及原理分析
4.2.1 APD光电二极管暗电流测试
在实验开始前，做无关光源处理（在测试之前，需要将仪器放在黑暗情况下30分钟，使仪器恢复到正常状态），正确连接仪器的正负极，在最小电源的作用下，使光照度计的度数为“0”，即可开始实验，直流电源选择1，负载电阻选择100K欧，电流表选择200微安档，打开电源，缓慢调节直流电源，直到微安表显示数据，记录下此时的电压表的数值U和电流表的数值I，数值I就是在APD光电二极管在U偏压下的暗电流。
4.2.2 APD光电二极管光电流测试
基本器件链接，按照测试电路组装APD光电二极管光电流测试需要的各个的组件，检查接线正负极连接是否正确，将“光源驱动单元”的开关BM2拨到“静态特性”，拔上S1开关，另外再将 S2,S3,S4,S5,S6,S7开关拨下，在测试实验真正开始进行前，需要保证电源开关的关闭状态，在仪器连接完成后，直流电源需选择1，负载电阻选择100K欧，电流表选择200微安档，打开电源，缓慢调节光照度调节器，使得光源照度达到300LX时，缓慢调节直流电源电位器，时刻关注微安表的变化，当发现微安表中的示数有较大变化的时候，就可以记下此时的电压表的数值U和电流表的数值I，数值I就是在APD光电二极管在U偏压下情况下的暗电流。
4.2.3 ADP光点二极管的光照性能测试
正确连接仪器，组装APD光电二极管光电流测试的组件，正负极连接正确，将“光源驱动单元”的开关BM2拨到“静态特性”，将除了S1之外的S2,S3,S4,S5,S6,S7开关拨下，拔上S1开关，实验开始前，需要保证电源开关的关闭状态，在仪器连接完成后，直流电源选择1，负载电阻选择100K欧，电流表选择200微安档，打开电源，调节直流电电源电位，使电压调节至预定值，保持电压不变，缓慢增大光照量，记录下不同光照情况下的光生电流值。
4.2.4 APD雪崩二极管光谱特性测试
正确连接仪器，组装APD光电二极管光电流测试的组件，正负极连接正确，将“光源驱动单元”的开关BM2拨到“静态特性”，将S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7开关拨下，实验开始前，需要保证电源开关的关闭状态，在仪器连接完成后，直流电源选择1，负载电阻选择100K欧，电流表选择200微安档，打开电源，准备不同颜色的灯光，在将电压稳定保持在略高于APD光电二极管的雪崩电压后，分别记下，在不同光照条件下，电流表的度数。从APD雪崩二极管的光谱特性测试中，我们过看出APD雪崩二极管对不同波长的光有这极其敏感的区分。
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论文作者:蔡智
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/5
标签：测试论文; 电流论文; 电离论文; 电场论文; 电流表论文; 电路论文; 载流子论文; 《电力设备》2018年第31期论文;