一种光电探测器模块失效的故障分析.pdf
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1、 集成电路应用 第 40 卷 第 6 期(总第 357 期)2023 年 6 月 41Research and Design 研究与设计图1 光纤型PIN光电探测器模块摘要:阐述PIN光电探测器模块在温度循环试验后响应度降低问题。通过建立故障树分析其失效的原因,发现由于耦合用光纤夹具出现倾斜,使得耦合过程中焊料分布不均匀,在温度循环试验热胀冷缩过程中,产生的不对称挤压应力使光纤金属化导管(光纤)发生位移和偏转,致使光斑的一部分偏移出光敏面区域,光能量不能完全被吸收转换,导致PIN模块响应度降低。关键词:光电探测器,PIN模块,响应度,故障树,失效机理。中图分类号:TN36 文章编号:1674-
2、2583(2023)06-0041-03DOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2023.06.016文献引用格式:钟玉杰,向柄臣,林珑君,伍明娟,鲁卿,郭培,曹飞.一种光电探测器模块失效的故障分析J.集成电路应用,2023,40(06):41-43.三层结构4。入射光进入探测器光敏面,光子能量被半导体材料吸收,致使价带电子的能量超过禁带宽度变成导带电子,在材料内部形成电子空穴对,在电场的作用下形成光电流。光纤型PIN光电探测器模块(PIN模块)是光纤陀螺的重要组件,其作用就是实现光信号探测。PIN模块主要由光纤光路、PIN探测器、FET放大电路构成,如图1所示。PIN模块
3、的运行原理为:光信号通过光纤耦合到PIN探测器光敏面上,PIN探测器将光信号转换为电流信号,FET放大电路再将电流信号转换为电压信号并输出。0 引言光电探测器是一种基于光电效应原理工作能够将光信号转换为电信号的传感器。随着各领域应用需求的增加,光电探测器发展出了多元化结构,如MSM结构、APD结构和PIN结构等,有硅、锗、石墨烯等多种基底材料1,2。其中,硅基PIN光电探测器具有灵敏度高、探测效率高、响应速度快等优势,被广泛应用于医疗、安检和环境监测等领域。1 研究背景目前,PIN光电探测器的研究主要集中在设计结构优化、制备工艺改进、量子效率提升等方面3,对于光电探测器在应用中的失效研究却鲜有
4、报道。本文针对PIN光电探测器模块响应度降低的问题,基于PIN光电探测器模块的工作原理建立故障树,采用逐一排除的方法剖析了PIN光电探测器模块的故障原因,并进行了机理分析。2 光纤型PIN光电探测器模块工作原理PIN光电探测器(PIN探测器)是本征层(或低掺杂层)夹在重掺杂的P区和N区之间所构成的一种光电探测器模块失效的故障分析钟玉杰,向柄臣,林珑君,伍明娟,鲁卿,郭培,曹飞(重庆光电技术研究所,重庆 400060)Abstract This paper describes the problems of decreasing responsiveness of the PIN photode
5、tector module after the temperature cycle test.Failure reasons are analyzed in detail by establishing the fault tree.First,we found that the optical fiber fixture used for coupling was tilted,which caused non-uniformity distribution of solder during coupling.Second,in the temperature cycle test,the
6、asymmetric extrusion stress generated in the process of heat-expansion and cold-contraction can cause the fiber metallized conduit(fiber)to shift and rotate.Then,a part of the light spot is shifted outside the photosensitive surface area,and the light energy cannot be fully absorbed and converted,wh
7、ich eventually lead to the responsiveness decrease.Index Terms photodetector,PIN module,responsivity,fault tree,failure mechanism.Analysis of a Photodetector Module FailureZHONG Yujie,XIANG Bingchen,LIN Longjun,WU Mingjuan,LU Qing,GUO Pei,CAO Fei(Chongqing Optoelectronics Research Institute,Chongqin
8、g,400060,China.)作者简介:钟玉杰,重庆光电技术研究所,高级工程师;研究方向:光电器件。收稿日期:2023-04-28;修回日期:2023-05-23。42 集成电路应用 第 40 卷 第 6 期(总第 357 期)2023 年 6 月 Research and Design 研究与设计3 PIN模块故障定位及失效机理分析 3.1 故障描述及复测某型PIN模块在温度循环试验后出现响应度降低的异常现象。对异常的PIN模块的主要光电性能参数进行复测,结果如表1所示。测试结果表明产品的带宽、噪声电压和零位电压均满足规范要求,但响应度小于规范要求值。3.2 故障树建立基于PIN模块工作原
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