如何精準測試光電器件中的PN結電容？
2024-08-06
研究背景
從古代的烽火臺到如今的光通信領域，光作為一種可以承載信息的載體一直被廣泛應用。其中，光電探測器基于光電效應的原理，可將光信號轉換為電信號（響應速度快、高靈敏度等優勢），以實現對光強度、波長、頻率等參數的測量和分析。
光電探測器根據其工作原理和結構特點可分為光電二極管、PIN型光電二極管等，其中光電二極管是利用半導體PN結和內部反射機制實現對入射光信號的轉換，本次將圍繞光電二極管中的PN結電容進行介紹。
一、測試對象·PN結電容
PN結的最大特性是單向導電性，當正向電壓到達一定值時，PN結被導通；當反向電壓在一定范圍內時，PN結產生微弱的反向飽和電流；當反向電壓超過一定值時，PN結被擊穿。
在PN結處，會因為外加電壓產生一定電荷積累，這就是結電容效應，PN結電容=擴散電容+勢壘電容(Cj=Cb+Cd)，電容特性是隔直通交，當通過電容的電壓頻率很低時，結電容可以忽略，PN結還是單向導通。
在光電芯片中，工作頻率較高，如果，PN結的電容較大，就更容易在高頻率下變為雙向導通的失效狀態。可見，PN結電容是越小越好。
二、測試要求
在光電應用中，需要測試大量探測器和激光發射器的PN結電容，大概在1pF左右。
三、測試過程
一說到測電容，我們都會選擇阻抗分析儀/LCR電橋，但同時也會遇到以下幾個難點：
1，電容值小：對于芯片，1pF左右的電容；對于器件，10pF左右，這個數值很小，對于分辨率不高的普通LCR，沒有這個測試能力；
2，測試頻率較高：一般1MHz起，2MHz以內；
3，需要較大的偏置：10V至30V，甚至還有40V；
4，對于芯片，在測試電容中，pad或者pin如果在一面，可以用兩個探針扎，兩根針的校準相對簡單；如果處在芯片的不同面，需要用芯片的托盤作為負極連接（無法扎針），校準的細節就很考究，需要測試者較好的工程調試經驗。
TH2838系列是采用自動平衡電橋原理研制成功的新一代阻抗測試儀器，其0.05%的基本精度、最快達5.6ms的測試速度、20Hz-2MHz的頻率范圍及高達1GΩ的阻抗測試范圍可以滿足元件與材料的測量要求，特別有利于低損耗(D)電容器和高品質因數(Q)電感器的測量。
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