影响硅光电二极管使用的九个问题

发布日期:2023-06-13 15:00:17   浏览量 :1283
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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


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

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10-12 W~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。

最大的短路电流为mA级,可以参考S1133。


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。


  1. 半导体元器件封装特点?
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。
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