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APD光电二极管综合实验仪
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实 验 指 导 书
(V1.0)
GCAPD-B
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武汉光驰科技有限公司
WUHAN GUANGCHI TECHNOLOGY CO.,LTD
目 录
第一章 APD光电二极管综合实验仪说明 ................ - 3 - 1、电子电路部分结构分布 ......................... - 3 - 2、光通路组件 .................................. - 4 - 第二章 APD光电二极管特性测试 .................... - 5 - 1、APD光电二极管暗电流测试 ..................... - 7 - 2、APD光电二极管光电流测试 ..................... - 8 - 3、APD光电二极管伏安特性 ....................... - 8 - 4、APD光电二极管雪崩电压测试 ................... - 9 - 5、APD光电二极管光照特性 ....................... - 9 - 6、APD光电二极管时间响应特性测试 .............. - 10 - 7、APD光电二极管光谱特性测试 .................. - 10 -
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第一章 APD光电二极管综合实验仪说明
一、产品介绍
雪崩光电二极管的特点是高速响应性和放大功能。雪崩光电二极管(APD)的基片材料可采用硅和锗等材料。其结构是在n型基片上制作p层，然后在配置上p+层。一般上部的电极制作成环状，这是考虑到能获得稳定的“雪崩”效应。外来的光线通过薄的p+层，然后被p层吸收，从而产生了电子和空穴。由于在p层上存在着105V/cm的电场，因此位于价带的电子被冲击离子化后，产生雪崩倍增效应，电子和空穴不断产生。
这种元件可以用作0.8m范围的光纤通信的受光装置和光磁盘的受光期间还，能够有效地处理微弱光线的问题，当量子效率为68%以上时，可得到大于300MHz的高速响应。工作电压小于180V时，则暗电流仅为0.3nA。采用锗的APD所使用的波长范围接近于1m,由于它专用于光纤通信，所以其响应速度高达600MHz以上，偏压30V以下时，可获得高于55%的量子效率。暗电流很大，为0.5uA左右。GCAPD-B型APD雪崩光电二极管综合实验仪主要研究APD光电二极管的基本特性，如光电流、暗电流、光照特性、光谱特性、伏安特性及时间相应特性等，以及这种光敏器件与其它光电器件的应用差别。
二、实验仪说明
1、电子电路部分结构分布
电子电路部分功能说明
（1）电压表：独立电压表，可切换三档，200mV，2V，20V，通过拨段开关进行调节，白
色所指示的位置即为所对应的档位。
“+”“-”分别对应电压表的“正”“负”输入极。
（2）电流表：独立电流表，可切换四档，200uA，2mA，20mA，200mA通过拨段开关进行
调节，白色所指示的位置即为所对应的档位。 “+”“-”分别对应电压表的“正”“负”输入极。
（3）照度计电源：红色为照度计电源正极，黑色为照度计电源负极。 （４）直流电源：0～200V可调，“0～200V”为直流电源的正极，另一端为负极。 （５）信号测试单元：
TP1：与T1直接相连
TP2：与T2直接相连
TP ：光脉冲调制信号测试端
注：信号测试单元的GND与直流电源0～200V不共地。
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2、光通路组件
光调制控制输入端连接线缆存放区面光源①此处可拆卸光器件输出端分光镜余弦校正器滤色片待测光器件照度计存放区照度计探头光电探测器光电流输出端
图1 光电二三极管光通路组件
功能说明：
分光镜：50%透过50%反射镜，将平行光一半给照度计探头，一半给等测光器件，实验测试方便简单，照度计可实时检测出等测器件所接收的光照度。
光器件输出端：红色——APD光电二极管“P”极 黑色——APD光电二极管“N”极
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第二章 APD光电二极管特性测试
一、实验目的
1、学习掌握APD光电二极管的工作原理 2、学习掌握APD光电二极管的基本特性 3、掌握APD光电二极管特性测试方法 4、了解APD光电二极管的基本应用
二、实验内容
1、APD光电二极管暗电流测试实验 2、APD光电二极管光电流测试实验 3、APD光电二极管伏安特性测试实验 4、APD光电二极管雪崩电压测试实验 5、APD光电二极管光电特性测试实验 6、APD光电二极管时间响应特性测试实验 7、APD光电二极管光谱特性测试实验
三、实验仪器
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、光敏电阻及封装组件 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
雪崩光电二极管APD—Avalanche Photodiode是具有内部增益的光检测器，它可以用来检测微弱光信号并获得较大的输出光电流。
雪崩光电二极管能够获得内部增益是基于碰撞电离效应。当PN结上加高的反向偏压
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时，耗尽层的电场很强，光生载流子经过时就会被电场加速，当电场强度足够高(约3x10V／cm)时，光生载流子获得很大的动能，它们在高速运动中与半导体晶格碰撞，使晶体中的原子电离，从而激发出新的电子一空穴对，这种现象称为碰撞电离。碰撞电离产生的电子一空穴对在强电场作用下同样又被加速，重复前一过程，这样多次碰撞电离的结果使载流子迅速增加，电流也迅速增大，这个物理过程称为雪崩倍增效应。
图6-1为APD的一种结构。外侧与电极接触的P区和N区都进行了重掺杂，分别以+++
P和N表示；在I区和N区中间是宽度较窄的另一层P区。APD工作在大的反偏压下，当
++
反偏压加大到某一值后，耗尽层从N-P结区一直扩展(或称拉通)到P区，包括了中间的P层区和I区。图6-1的结构为拉通型APD的结构。从图中可以看到，电场在I区分布
+++
较弱，而在N-P区分布较强，碰撞电离区即雪崩区就在N-P区。尽管I区的电场比N-P
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(整理)APD光电二极管综合实验.
