走进光束测量-暗电流

光电探测器是一种将光信号转换为电信号的设备，然而，当探测器接入电路后，即使没有任何外来光照射（即全暗条件下），由于热电子发射、场致发射或半导体中晶格热振动所激发出来的载流子，也会有电流输出，这种电流称为暗电流。暗电流是随机起伏的，由此在电路中引起的噪声叫做暗电流噪声。

当光电探测器工作在光导模式（响应速度更快），暗电流会显著增大，并与温度息息相关。温度每升高10K，暗电流就会成倍增加。施加较大的偏压会降低结电容，但也会增加当前暗电流的大小，因此在器件选型时需要注意权衡带宽与噪声这两个指标。

另外，当前暗电流也受光电二极管材料和有源区尺寸的影响。与具有高暗电流的锗器件相比，硅器件的暗电流通常较小。

图1：越大的有源区直径带来越大的暗电流；相同的有源区直径，制冷能力越强的暗电流越小，来源：滨松G12181系列铟镓砷光电二极管数据单

图2：可以见到硅探测器的暗电流相对较低，同样的，越大的有源区直径带来越大的暗电流，来源：滨松S1226系列硅光电二极管数据单

图3：硅雪崩光电二极管，固定工作在偏置状态下，有源面越小暗电流越小，倒数两个设备大有源面缺拥有更低的上升时间是因为封装类型的不同，来源：Excelitas 光子检测解决方案数据单

虽然偏置状态、有源面面积、结电容、封装类型等等因素均有不同，但不一样的材料构成的二极管，在暗电流参数上总是有规律可循。下表给出了几种光电二极管材料及它们的相关暗电流、响应波段。

表1：不同类型材料的暗电流大小定性判断以及对应响应波长