如何精准测试光电器件中的PN结电容的解决方案？

研究背景

从古代的烽火台到如今的光通信领域，光作为一种可以承载信息的载体一直被广泛应用。其中，光电探测器基于光电效应的原理，可将光信号转换为电信号（响应速度快、高灵敏度等优势），以实现对光强度、波长、频率等参数的测量和分析。

光电探测器根据其工作原理和结构特点可分为光电二极管、PIN型光电二极管等，其中光电二极管是利用半导体PN结和内部反射机制实现对入射光信号的转换，本次将围绕光电二极管中的PN结电容进行介绍。

一、测试对象·PN结电容

PN结的最大特性是单向导电性，当正向电压到达一定值时，PN结被导通；当反向电压在一定范围内时，PN结产生微弱的反向饱和电流；当反向电压超过一定值时，PN结被击穿。

在PN结处，会因为外加电压产生一定电荷积累，这就是结电容效应，PN结电容=扩散电容+势垒电容(Cj=Cb+Cd)，电容特性是隔直通交，当通过电容的电压频率很低时，结电容可以忽略，PN结还是单向导通。

在光电芯片中，工作频率较高，如果，PN结的电容较大，就更容易在高频率下变为双向导通的失效状态。可见，PN结电容是越小越好。

二、测试要求

在光电应用中，需要测试大量探测器和激光发射器的PN结电容，大概在1pF左右。

三、测试过程

一说到测电容，我们都会选择阻抗分析仪/LCR电桥，但同时也会遇到以下几个难点：

1，电容值小：对于芯片，1pF左右的电容；对于器件，10pF左右，这个数值很小，对于分辨率不高的普通LCR，没有这个测试能力；

2，测试频率较高：一般1MHz起，2MHz以内；

3，需要较大的偏置：10V至30V，甚至还有40V；

4，对于芯片，在测试电容中，pad或者pin如果在一面，可以用两个探针扎，两根针的校准相对简单；如果处在芯片的不同面，需要用芯片的托盘作为负极连接（无法扎针），校准的细节就很考究，需要测试者较好的工程调试经验。

TH2838系列是采用自动平衡电桥原理研制成功的新一代阻抗测试仪器，其0.05%的基本精度、最快达5.6ms的测试速度、20Hz-2MHz的频率范围及高达1GΩ的阻抗测试范围可以满足元件与材料的测量要求，特别有利于低损耗(D)电容器和高品质因数(Q)电感器的测量。