光电二极管的性能测试
PIN光电二极管综合实验
PIN光电二极管综合实验仪GCPIN-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 PIN光电二极管综合实验仪说明 ...................... - 3 -一、产品介绍 (3)二、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 - 第二章实验指南.......................................... - 5 -一、实验目的 (5)二、实验内容 (5)三、实验仪器 (5)四、实验原理 (6)五、实验准备 (8)六、实验步骤 (8)1、PIN光电二极管暗电流测试 ........................... - 8 -2、PIN光电二极管光电流测试 ........................... - 9 -3、PIN光电二极管光照特性 ............................. - 9 -4、PIN光电二极管伏安特性 ............................ - 10 -5、PIN光电二极管时间响应特性测试 .................... - 10 -6、PIN光电二极管光谱特性测试 ........................ - 11 -第一章 PIN光电二极管综合实验仪说明一、产品介绍对于以高速响应为目标的光电二极管来说，未来减少p-n节的电容，在p与n之间设计一个i层的高阻抗层结构，即在n型硅片上制作一层低掺杂的高阻层，即i层（本征层）在该层上在形成p层。
其工作原理：来自p层外侧的入射光，主要由i层吸收，从而产生空穴和电子。
使用元件时要外加反向偏压，以使空穴朝p层移动，而电子朝n层移动，再由两电极流到外电路。
APD光电二极管的特性测试及应用研究1
[5]王庆有.光电传感器应用技术[M].北京:机械工业出版社,2007.10.
[6]其他：可网上搜索查找相关中文和外文文献。
3．进度安排
设计（论文）各阶段名称
起止日期
1
查阅文献资料，确定方案，写文献综述
2014.1.18-3.20
2
学习APD光电二极管的工作原理
2014.3.21-3.30
3
理解APD光电二极管的各项参数指标并测试
因此，拓宽硅基光电探测器件的探测波长范围及探测效率，不仅成为一个较为热点的研究领域，引起了各国科研工作者的兴趣，同时也成为光通信领域迫切需要克服的难题，是市场应用所需迫切解决的问题。最近几年人们尝试了各种方法来提高Si基APD的近红外探测效率，其中有增加Si基APD吸收层的厚度从而提高光子在Si中的吸收，然而随着APD体积的增加，不但提高了近红外处的量子效率，同样增加APD器件的暗电流和噪声，也提高了APD的响应时间，所以用这种方法提高APD近红外的敏感率并不是最好的方法。还有一种方法就是在APD器件表面设计一层防反射层，这层防反射层可以使入射光在APD器件的表面发生多次反射，从而增加了透入到器件内部的光子，也不会增加APD器件的体积，但是这种方法对工艺制作流程要求严格，成本较高，虽然能提高器件的整体效果但依然不能将1064nm处的光探测效率提高到理想的程度。
制约硅基APD在近红外方向特别是1064nm波段发展的原因有两个，第一，硅的禁带宽度是1.12eV，从而导致硅对1100nm处光的吸收截止。Si是间接带隙材料，在300K时硅的禁带宽度是1.12eV。因此硅的吸收截止波长是1100nm。从而导致由间接半导体材料制做的APD器件在截止波长附近吸收效率非常低。为了使硅基APD在1064nm处获得较高的量子效率，人们研发出使用其它半导体材料(锗、铟或者砷化镓)制作光电子器件，但是这些材料的光电子器件暗电流和噪声比较高，价格昂贵，而且与硅的晶格不匹配。或者改变硅基APD的结构设计，还可以使用飞秒激光微构造技术，来改变硅在近红外处的光吸收特性。第二，APD制造工艺过程中必须引入尽可能少的缺陷以减少暗电流，从而保证器件具有较高的信噪比。
光电二三极管特性测试实验报告
光敏二极管特性测试实验一、实验目的1.学习光电器件的光电特性、伏安特性的测试方法；2.掌握光电器件的工作原理、适用范围和应用基础。
二、实验内容1、光电二极管暗电流测试实验2、光电二极管光电流测试实验3、光电二极管伏安特性测试实验4、光电二极管光电特性测试实验5、光电二极管时间特性测试实验6、光电二极管光谱特性测试实验7、光电三极管光电流测试实验8、光电三极管伏安特性测试实验9、光电三极管光电特性测试实验10、光电三极管时间特性测试实验11、光电三极管光谱特性测试实验三、实验仪器1、光电二三极管综合实验仪 1个2、光通路组件 1套3、光照度计 1个4、电源线 1根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本四、实验原理1、概述随着光电子技术的发发展,光电检测在灵敏度、光谱响应范围及频率我等技术方面要求越来越高，为此，近年来出现了许多性能优良的光伏检测器，如硅锗光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）等。
光敏晶体管通常指光电二极管和光电三极管，通常又称光敏二极管和三敏三极管。
光敏二极管的种类很多，就材料来分，有锗、硅制作的光敏二极管，也有III－V族化合物及其他化合物制作的二极管。
从结构我来分，有PN结、PIN结、异质结、肖特基势垒及点接触型等。
从对光的响应来分，有用于紫外光、红外光等种类。
不同种类的光敏二极管，具胡不同的光电特性和检测性能。
例如，锗光敏二极管与硅光敏二极管相比，它在红外光区域有很大的灵敏度，如图所示。
这是由于锗材料的禁带宽度较硅小，它的本征吸收限处于红外区域，因此在近红外光区域应用；再一方面，锗光敏二极管有较大的电流输出，但它比硅光敏二极管有较大的反向暗电流，因此，它的噪声较大。
又如，PIN型或雪崩型光敏二极管与扩散型PN结光敏二极管相比具有很短的时间响应。
因此，在使用光敏二极管进要了解其类型及性能是非常重要的。
平面型硅光电二极管PIN的研制及其基本性能测试_李成波
第29卷 第4期 核 技 术 V ol. 29, No.4 2006年4月 NUCLEAR TECHNIQUES April 2006——————————————国家自然科学基金资助项目（00121140488）第一作者：李成波，男，1974年出生，2005年于中国原子能科学研究院获博士学位，助研，粒子物理与核物理专业 收稿日期：2004-12-02，修回日期：2006-02-21平面型硅光电二极管PIN 的研制及其基本性能测试李成波1 袁 坚1 孟秋英1 周书华1 张 录2 张太平2 宁宝俊2 田大宇21（中国原子能科学研究院 北京 102413） 2（北京大学微电子研究所 北京 100871）摘要 为满足CERN/ALICE 超高能重离子对撞实验光子谱仪的需要，首次采用高阻硅材料，并利用一些特殊工艺，研制了用于钨酸铅晶体探测器读出单元的硅光电二极管PIN 。
PIN 的灵敏区面积为16mm ×17mm ，常温漏电流小于5nA ，紫光区量子效率82%，全耗尽结电容为110—120pF 。
由PIN 与电荷灵敏前置放大器组成的读出系统的噪声水平，在-25℃下小于600个等效噪声电荷，并经过了长期性能稳定性的考验。
开发研制的大面积PIN 硅光管全面达到ALICE/PHOS 国际招标所规定PIN 硅光管性能的指标。
关键词 PIN ，结电容，漏电流，量子效率，等效噪声电荷 中图分类号 TL814CERN/ALICE 是欧洲核子中心的大型强子对撞机上进行超高能重离子碰撞实验的大科学工程,其物理目标是探索夸克-胶子等离子体QGP,了解QCD 禁闭和本征对称性破缺恢复机理。
中国参加ALICE 的主要任务是参与光子谱仪量能器探测装置（PHOS ）的建造、测试与安装。
光子谱仪（PHOS ）是由17920个钨酸铅晶体组成的探测器点阵系统。
本课题所研制的平面型硅光电二极管PIN （Positive-Intrinsic-Negative diode ）是用于探测高能光子的钨酸铅晶体探测器读出单元的关键组件。
光电探测实验报告总结(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过实际操作，了解光电探测的基本原理和实验方法，掌握光电探测器的性能测试技术，并分析光电探测在现实应用中的重要性。
实验过程中，我们对光电探测器的响应特性、灵敏度、探测范围等关键参数进行了测试和分析。
二、实验原理光电探测器是一种将光信号转换为电信号的装置，广泛应用于光电通信、光电成像、环境监测等领域。
实验中，我们主要研究了光电二极管（Photodiode）的工作原理和特性。
光电二极管是一种半导体器件，当光照射到其PN结上时，会产生光生电子-空穴对，从而产生电流。
三、实验仪器与材料1. 光电二极管2. 光源（激光笔、LED灯等）3. 光电探测器测试仪4. 示波器5. 数字多用表6. 光纤连接器7. 光学平台8. 环境温度计四、实验步骤1. 光电二极管性能测试（1）将光电二极管与光源、测试仪连接，确保连接牢固。
（2）调整光源强度，观察光电探测器输出电流的变化，记录不同光照强度下的电流值。
（3）测试光电二极管在不同波长下的光谱响应特性，记录不同波长下的电流值。
2. 光电探测器灵敏度测试（1）调整环境温度，观察光电探测器输出电流的变化，记录不同温度下的电流值。
（2）改变光源距离，观察光电探测器输出电流的变化，记录不同距离下的电流值。
3. 光电探测器探测范围测试（1）在固定光源强度下，调整探测器与光源的距离，观察输出电流的变化，记录探测范围。
（2）在固定探测器与光源的距离下，调整光源强度，观察输出电流的变化，记录探测范围。
五、实验结果与分析1. 光电二极管性能测试实验结果表明，随着光照强度的增加，光电二极管输出电流逐渐增大。
在相同光照强度下，不同波长的光对光电二极管输出的电流影响不同，表明光电二极管具有光谱选择性。
2. 光电探测器灵敏度测试实验结果显示，随着环境温度的升高，光电二极管输出电流逐渐增大，表明光电探测器对温度具有一定的敏感性。
同时，在光源距离变化时，光电探测器输出电流也相应变化，说明光电探测器的探测范围与光源距离有关。
光电二极管检测方法
光电二极管（Photodiode）是一种光电器件，它能够将光信号转换为电信号。
检测光电二极管的方法通常涉及评估其光电转换效率、响应速度、暗电流、灵敏度等参数。
以下是一些常见的光电二极管检测方法：1. 光电转换效率测试：-使用已知光强度的光源照射光电二极管。
-测量通过光电二极管的电流或电压变化。
-计算光电转换效率，即光电流与入射光强度之比。
2. 响应速度测试：-评估光电二极管对光信号变化的响应时间。
-可以通过改变光源的开关速度或使用脉冲光源来实现。
-通常使用示波器和光脉冲发生器来监测和记录响应波形。
3. 暗电流测试：-在无光照条件下测量光电二极管的电流。
-暗电流反映了光电二极管的噪声和泄漏电流水平。
4. 灵敏度测试：-测量光电二极管对弱光信号的响应能力。
-通常通过降低入射光的强度来评估。
5. 光谱响应测试：-评估光电二极管对不同波长光的响应。
-使用光谱仪或波长可调的光源来测试。
6. 温度特性测试：-测量光电二极管在不同温度下的性能变化。
-温度变化可能会影响光电二极管的响应速度、暗电流和光电转换效率。
7. 线性度测试：-评估光电二极管输出与输入光强度之间的线性关系。
-通常通过绘制电流-光强度曲线来评估。
8. 稳定性测试：-长时间监测光电二极管的性能，以评估其稳定性和可靠性。
9. 噪声测试：-评估光电二极管输出信号的噪声水平。
-可以通过频谱分析仪来检测噪声功率。
10. 保护电路测试：-检测光电二极管保护电路（如反向偏压保护）的有效性。
在实际应用中，光电二极管的检测通常需要使用专业的测试设备和软件，以确保准确和可靠的测量结果。
此外，根据不同的应用场景和性能要求，检测方法可能会有所不同。
光电二极管的响应时间测试
光电二极管的响应时间测试光电二极管是一种重要的光电转换器件，广泛应用于光电测量、通信、传感等领域。
而光电二极管的响应时间是评价其性能的重要指标之一。
本文将探讨光电二极管的响应时间测试方法及其影响因素。
一、光电二极管的响应时间概述光电二极管的响应时间是指其从接收到光信号到输出电流达到稳定值所需的时间。
一般来说，响应时间越短，光电二极管的快速响应能力越强。
二、光电二极管响应时间的测试方法1. 直流测试法直流测试法是最常用的光电二极管响应时间测试方法之一。
该方法通过给光电二极管施加一个恒定的直流偏置电压，然后在光源照射下测量光电二极管的输出电流。
通过观察输出电流的变化曲线，可以得到光电二极管的响应时间。
2. 脉冲测试法脉冲测试法是另一种常用的光电二极管响应时间测试方法。
该方法通过给光电二极管施加一个脉冲光源，然后测量其输出电流的变化。
通过分析输出电流的上升时间和下降时间，可以得到光电二极管的响应时间。
三、影响光电二极管响应时间的因素1. 光强度光强度是影响光电二极管响应时间的重要因素之一。
当光强度较低时，光电二极管的响应时间会延长；而当光强度较高时，光电二极管的响应时间会缩短。
2. 温度温度也是影响光电二极管响应时间的因素之一。
一般来说，光电二极管的响应时间随温度的升高而延长。
因此，在进行响应时间测试时，需要对光电二极管进行恒温控制，以减小温度对测试结果的影响。
3. 光电二极管结构和材料光电二极管的结构和材料也会对其响应时间产生影响。
不同结构和材料的光电二极管具有不同的载流子迁移速度和载流子寿命，从而影响其响应时间。
四、光电二极管响应时间测试的意义光电二极管的响应时间测试对于评估其性能和应用具有重要意义。
准确的响应时间测试结果可以帮助工程师选择合适的光电二极管，以满足特定应用的需求。
此外，响应时间测试还可以用于光电二极管的质量控制和故障分析。
五、结语光电二极管的响应时间是评价其性能的重要指标之一。
通过直流测试法和脉冲测试法可以对光电二极管的响应时间进行测量。
实验四PIN光电二极管特性测试
实验四PIN光电⼆极管特性测试实验四PIN光电⼆极管特性测试⼀、实验⽬的1、学习掌握PIN光电⼆极管的⼯作原理2、学习掌握PIN光电⼆极管的基本特性3、掌握PIN光电⼆极管特性测试的⽅法4、了解PIN光电⼆极管的基本应⽤⼆、实验内容1、PIN光电⼆极管暗电流测试实验2、PIN光电⼆极管光电流测试实验3、PIN光电⼆极管伏安特性测试实验4、PIN光电⼆极管光电特性测试实验5、PIN光电⼆极管时间响应特性测试实验6、PIN光电⼆极管光谱特性测试实验三、实验器材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、PIN 光电⼆极管及封装组件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、实验原理光电探测器PIN管的静态特性测量是指PIN光电⼆极管在⽆光照时的P-N结正负极、击穿电压、暗电流Id以及在有光照的情况下的输⼊光功率和输出电流的关系（或者响应度），光谱响应特性的测量。
图5-1 PIN光电⼆极管的结构和它在反向偏压下的电场分布图5-1是PIN光电⼆极管的结构和它在反向偏压下的电场分布。
在⾼掺杂P型和N型半导体之间⽣长⼀层本征半导体材料或低掺杂半导体材料，称为I层。
在半导体PN结中，掺杂浓度和耗尽层宽度有如下关系：LP/LN=DN/DP其中：DP和DN 分别为P区和N区的掺杂浓度；LP和LN分别为P区和N区的耗尽层的宽度。
在PIN中，如对于P层和I层(低掺杂N 型半导体)形成的PN结，由于I层近于本征半导体，有DN<LP<即在I层中形成很宽的耗尽层。
由于I层有较⾼的电阻，因此电压基本上降落在该区，使得耗尽层宽度W可以得到加宽，并且可以通过控制I层的厚度来改变。
对于⾼掺杂的N 型薄层，产⽣于其中的光⽣载流⼦将很快被复合掉，因此这⼀层仅是为了减少接触电阻⽽加的附加层。
要使⼊射光功率有效地转换成光电流，⾸先必须使⼊射光能在耗尽层内被吸收，这要求耗尽层宽度W⾜够宽。
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北方民族大学
课程设计报告
院（部、中心）电气信息工程学院
姓名学号
专业测控技术与仪器班级测控技术与仪器101
同组人员
课程名称光电技术综合技能训练
设计题目名称光敏二极管的性能测试
起止时间
成绩
指导教师签名盛洪江
北方民族大学教务处制
摘要
随着光电子技术的发发展,光电检测在灵敏度、光谱响应范围及频率我等技术方面要求越来越高，为此，近年来出现了许多性能优良的光伏检测器，如硅锗光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）等。
光敏晶体管通常指光电二极管和光电三极管，通常又称光敏二极管和三敏三极管。
关键词:光敏二极管、ELVIS实验平台、LABView8.6、OSLO软件
引言
光敏二极管的种类很多，就材料来分，有锗、硅制作的光敏二极管，也有III－V族化合物及其他化合物制作的二极管。
从结构我来分，有PN结、PIN结、异质结、肖特基势垒及点接触型等。
从对光的响应来分，有用于紫外光、红外光等种类。
不同种类的光敏二极管，具不同的光电特性和检测性能。
光敏二极管和光电池一样，其基本结构也是一个PN结。
与光电池相比，它的突出特点是结面积小，因此它的频率特性非常好。
光生电动势与光电池相同，但输出电流普遍比光电池小，一般为数微安到数十微安。
按材料分，光敏二极管有硅、砷化铅光敏二极管等许多种，由于硅材料的暗电流温度系数较小，工艺较成熟，因此在实验际中使用最为广泛。
目录
摘要 1
引言 1
目录 2
光敏二极管 3
光电效应 4
光电导效应 4
光生伏特效应 4
光敏二极管的工作原理 5
光敏二极管 5
LabVIEW软件5
总结 6
附录7
程序设计原理图7
结果图8
实验连线9
光敏二极管
光敏二极管的种类很多，就材料来分，有锗、硅制作的光敏二极管，也有III－V族化合物及其他化合物制作的二极管。
从结构我上来分，有PN结、PIN结、异质结、肖特基势垒及点接触型等。
从对光的响应来分，有用于紫外光、红外光等种类。
不同种类的光敏二极管，具胡不同的光电特性和检测性能。
光敏二极管的结构和普通二极管相似，只是它的PN结装在管壳顶部，光线通过透镜制成的窗口，可以集中照射在PN结上，图1（a）是其结构示意图。
光敏二极管在电路中通常处于反向偏置状态，如图1（b）所示。
光电效应
光电导效应
若光照射到某些半导体材料上时，透过到材料内部的光子能量足够大，某些电子吸收光子的能量，从原来的束缚态变成导电的自由态，这时在外电场的作用下，流过半导体的电流会增大，即半导体的电导会增大，这种现象叫光电导效应。
它是一种内光电效应。
光电导效应可分为本征型和杂质型两类。
前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃入导带，价带中由于电子离开而产生空穴，在外电场作用下，电子和空穴参与电导，使电导增加。
杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃
迁到导带或价带，从而使电导增加。
杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长的多。
光生伏特效应
光生伏特效应是一种内光电效应。
光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。
我们知道，PN结加反向电压时，反向电流的大小取决于P区和N区中少数载流子的浓度，无光照时P区中少数载流子(电子)和N区中的少数载流子(空穴)都很少，因此反向电流很小。
但是当光照PN结时，只要光子能量h大于材料的禁带宽度，就会在PN结及其附近产生光生电子—空穴对，从而使P区和N区少数载流子浓度大大增加，它们在外加反向电压和PN结内电场作用下定向运动，分别在两个方向上渡越PN结，使反向电流明显增大。
如果入射光的照度变化，光生电子—空穴对的浓度将相应变动，通过外电路的光电流强度也会随之变动，光敏二极管就把光信号转换成了电信号。
光敏二极管的工作原理
光敏二极管
光敏二极管的伏安特性相当于向下平移了的普通二极管，光敏二极管的伏安特性如图3所示。
但光敏三极管的光电流比同类型的光敏二极管大好几十倍，零偏压时，光敏二极管有光电流输出，而光敏三极管则无光电流输出。
原因是它们都能产生光生电动势，只因光电三极管的集电结在无反向偏压时没有放大作用，所以此时没有电流输出（或仅有很小的漏电流）。
图3 光敏二极管的伏安特性曲线图4 光敏二极管的光照特性曲线。
LabVIEW软件
LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC 开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。
与 C 和BASIC一样，LabVIEW[1]也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。
LabVIEW[1]的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。
LabVIEW[1]也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。
总结
通过此次实验，我们了解到了光敏电阻，光电池，光电二极管等光电器件的结构，特性，和工作原理，认识到了光电器件在不同环境下的性质变化以及他们的基本运用，掌握了不少光电探测器件使用的知识以及ELVIS实验平台、LABView8.6、OSLO软件上的学习。
在此感谢老师的指导和教诲，我们一定会继续努力学好光电探测，多动脑筋多思考，多动手多实践，认真学习理论知识，以应对社会的发展，满足企业的需要，争取做出成绩来，回馈母校，回报社会！
附录
程序设计原理图
结果图
实验连线。