[發(fā)明專利]一種光電二極管結(jié)電容測(cè)量裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210517981.1
• 申請(qǐng)日: 2022-05-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114646813A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王穎穎;梁韜;朱紹沖;高曉文;陳杏藩;胡慧珠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 之江實(shí)驗(yàn)室;浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R27/26
• 分類號(hào): G01R27/26;G01R31/26
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發(fā)明公開(kāi)一種光電二極管結(jié)電容測(cè)量裝置及方法，包括待測(cè)光電二極管、可調(diào)偏置電壓模塊、跨阻放大模塊、鎖相放大器以及上位機(jī)模塊。避光條件下，待測(cè)光電二極管一端與可調(diào)偏置電壓模塊相連，一端與跨阻放大模塊的反相輸入端相連，鎖相放大器輸出掃頻信號(hào)接入跨阻放大模塊的正相輸入端作為激勵(lì)信號(hào)，并采集跨阻放大模塊的輸出信號(hào)上傳給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)擬合出待測(cè)光電二極管的結(jié)電容。本發(fā)明可以間接測(cè)量出不同偏置電壓下的光電二極管結(jié)電容，擬合均方誤差僅為10^?4量級(jí)，具有測(cè)量步驟簡(jiǎn)單，精度高的優(yōu)點(diǎn)，適用于光電二極管挑選、提高參數(shù)一致性等應(yīng)用，能夠提升平衡探測(cè)器的共模抑制比。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種光電二極管結(jié)電容測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著微弱信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展，如基于光動(dòng)量的極弱力測(cè)量、加速度測(cè)量等領(lǐng)域，需要通過(guò)激光間接測(cè)量10^-20N量級(jí)的極弱力，因此對(duì)光電探測(cè)模塊的噪聲性能提出了更高的要求。一般來(lái)說(shuō)，光電探測(cè)模塊的噪聲來(lái)源于兩個(gè)方面：光噪聲和電噪聲。光噪聲主要來(lái)源于激光器輸出光強(qiáng)度波動(dòng)帶來(lái)的相對(duì)強(qiáng)度噪聲以及來(lái)源于和頻率不相關(guān)的光量子波動(dòng)產(chǎn)生的散粒噪聲。電噪聲主要來(lái)源于光電探測(cè)模塊有源器件的輸入電流噪聲、輸入電壓噪聲以及電阻熱噪聲，相對(duì)光噪聲小一個(gè)數(shù)量級(jí)及以上。對(duì)現(xiàn)有技術(shù)來(lái)說(shuō)，激光器的相對(duì)強(qiáng)度噪聲已經(jīng)成為光電探測(cè)的主要制約因素。

為了抑制激光器的相對(duì)強(qiáng)度噪聲的影響，一般使用平衡探測(cè)的方法，即利用兩個(gè)型號(hào)、參數(shù)完全一致的光電二極管對(duì)激光信號(hào)做差分處理，激光器的相對(duì)強(qiáng)度噪聲屬于共模信號(hào)，兩路差分后能夠被有效抑制。兩路差分信號(hào)的幅度、相位一致性越好，共模抑制效果越好。然而現(xiàn)實(shí)生活中，即使是同一型號(hào)、批次的光電二極管，其響應(yīng)度、結(jié)電容等參數(shù)也不可能完全一致，兩個(gè)光電二極管響應(yīng)度的差異會(huì)導(dǎo)致差分信號(hào)幅度的差異，結(jié)電容的差異會(huì)導(dǎo)致差分信號(hào)相位的差異。一般來(lái)說(shuō)，光電二極管響應(yīng)度導(dǎo)致的幅度差異可以通過(guò)調(diào)整光路系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)償，但結(jié)電容導(dǎo)致的相位差異很難通過(guò)光路補(bǔ)償。而且光電二極管的結(jié)電容會(huì)隨反偏電壓的變化而變化。因此，需要一種簡(jiǎn)單有效的方法，從一批光電二極管中挑選出結(jié)電容參數(shù)接近的作為平衡探測(cè)器，或者求出使兩顆光電二極管結(jié)電容參數(shù)一致的反偏電壓值，從而實(shí)現(xiàn)更好的共模抑制效果，獲得更好的信噪比，然而目前尚不存在能夠?qū)崿F(xiàn)以上效果的相關(guān)技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種光電二極管結(jié)電容測(cè)量裝置及方法，能夠間接測(cè)量出不同偏置電壓下的光電二極管結(jié)電容，具有測(cè)量速度快，步驟簡(jiǎn)單，精度高的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

一種光電二極管結(jié)電容測(cè)量裝置，包括待測(cè)光電二極管、可調(diào)偏置電壓模塊、跨阻放大模塊、鎖相放大器以及上位機(jī)模塊；所述待測(cè)光電二極管一端與所述可調(diào)偏置電壓模塊相連，另一端與所述跨阻放大模塊的反相輸入端相連；所述鎖相放大器信號(hào)輸出端接入所述跨阻放大模塊的正相輸入端，作為激勵(lì)信號(hào)，所述鎖相放大器輸入端采集所述跨阻放大模塊的輸出信號(hào)，連接所述上位機(jī)模塊；所述上位機(jī)模塊用于對(duì)所述跨阻放大模塊的輸出信號(hào)擬合處理，獲得所述待測(cè)光電二極管的結(jié)電容參數(shù)。

進(jìn)一步地，所述可調(diào)偏置電壓模塊包括低壓差線性穩(wěn)壓器和可調(diào)電阻，所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓通過(guò)改變所述可調(diào)電阻的阻值而調(diào)節(jié)，所述的輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍包括所述待測(cè)光電二極管所能承受的反偏電壓范圍內(nèi)的所有電壓值。

進(jìn)一步地，所述跨阻放大模塊包括運(yùn)算放大器OPA1、反饋電阻R_F和反饋電容C_F，所述反饋電阻R_F和所述反饋電容C_F并聯(lián)后，一端與所述運(yùn)算放大器OPA1的反相輸入端相連，另一端與所述運(yùn)算放大器OPA1的輸出端相連。

進(jìn)一步地，所述反饋電阻R_F使用精度優(yōu)于或者等于0.1%的精密電阻，所述反饋電容C_F使用精度優(yōu)于或者等于1%的精密電容。