影响硅光电二极管使用的九个问题

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影响硅光电二极管使用的九个问题 [复制链接]

硅光电二极管简称Si PD，是一种应用非常广泛的光探测器件，作为Si PD市场的深度玩家，滨松具有上千种Si PD型号，不仅涵盖了从紫外到近红外直至太赫兹区域等宽广的波长范围，而且金属、陶瓷、塑料封装到表面贴装等各种封装类型一应俱全。

下面是有关Si PD被问及次数最高的9个问题。

Q1. 同一型号的Si PD，灵敏度会有差异吗？

Q2. 温度对Si PD光谱响应度的影响？

Q3. 假设Si PD直径10 mm，入射光功率相同，光斑3 mm和5 mm输出光电流相同吗？

Q4. Si PD线性范围很大吗？

Q5. 哪些因素影响Si PD的时间特性？

Q6. 半导体元器件封装特点？

Q7. Si PD使用时间能有多长？

Q8. 针对Si PD，是加反向偏压使用好还是不加偏压使用好？

Q9. Si PD类输出的电流信号后续如何处理等（放大、I-V转换、采集等）？

同一型号Si PD，灵敏度有差异吗？

实际情况下，灵敏度会有一定的离散性。以S2386系列为例，在400到900 nm区间内，离散性3σ的参考值约为5%。

图1 S2386系列产品展示

温度对Si PD光谱响应度的影响？

在波长短于灵敏度峰值波长的区域，光谱响应几乎不受温度影响；但是，在波长长于峰值敏感波长的区域，有一个正的温度系数。例如S1226和S1336，请参考:

图2 PD光谱响应及不同波长下的温度效应

在二极管局部不饱和的情况下，同时光斑大小在二极管感光面80%以下，输出光电流和光斑大小无关。

Si PD线性范围很大吗？

Si PD的光电流与入射光量呈很好的线性。当入射光量在10^-12W~10^-2 W范围内，可以获得的线性度范围高于九个数量级（取决于Si PD类型和工作电路等）。线性度的下限由噪声等效功率（NEP）决定，而上限取决于负载电阻、反向电压等，如公式所示。

哪些因素影响Si PD的时间特性？

Si PD的响应时间主要由以下因素决定，如：CR时间常数，载流子扩散速率，以及耗尽层的载流子迁移时间等。另外相比于短波长的光，长波长的光的载流子扩散时间更长，因此光电二极管的响应更慢。下面的几种方法可以提高响应速度：

①选择具有极间电容更低的Si PD；

②减少负载电阻；

③通过反向电压降低极间电容。注意：增加反向电压会增加暗电流。

电子元器件为了免受灰尘、水分、冲击、振动和化学物质等外界因素的干扰，保证元器件的正常工作，通常都要进行封装绝缘保护。电子封装根据材料组成主要有金属，陶瓷，塑料基底封装，以下是滨松常见的元器件产品：

图3 PD的不同封装形式

图4 PD不同封装的特点

①带BNC连接头：通过BNC-BNC连接线，便于同放大器或电流计直接连接；

②表面贴装类型：结构简单,适于各种大小、形状的元件，焊接于PCB电路板；

③耦合闪烁体：测量闪烁体产生的荧光，用于X射线无损检测；

④芯片尺寸封装：封装尺寸和芯片核心尺寸基本相同，实现高密度，小型化。

Si PD工作寿命有多长？

正常使用的条件下，Si PD的寿命基本可以认为非常长。然而，某些场景下可能使其受到的光、电、机械或热应力等超过规定的范围，因此限制其使用寿命。

以S5106为例，理论计算的MTTF如下：

针对Si PD，是加反向偏压使用好还是不加偏压使用好？

反向偏压情况下耗尽层宽度增加，结电容变小，响应度会相应提高，但是暗电流会变大；无偏压状态下暗电流能控制到很小，但是其余属性不如有反向偏压的情况。

Si PD类输出的电流信号后续如何处理等（放大、I-V转换、采集等）？

对于光功率的测量应用，Si PD类可直接通过皮安电流表读出电流；对于光通信领域，pin型的PD用于测量高速光信号，后端需要通过高带宽的跨阻放大器实现I/V转换并放大，最后通过示波器显示，或ADC采集。