红外LED反向雪崩击穿测试
一、背景介绍
在博文 利用led来作为单光子雪崩检测器[2] 中介绍了 油管上robotix的led单光子现象[3] 。 对于led反向spad效应之前没有注意过， 下面通过实验来观察手边 一些led反向击穿过程是否会出现单光子脉冲现象。
▲ 图1.1.1 普通led不能够作为spad
二、led反向击穿
1、红色led
首先对于手边一个大型红色led测试其反向击穿电压的情况。 这里给出了测试方法以及电路图。 可调数字直流电源u0输出电压， 给二极管d1 施加反向电压。 电压大小通过数字万用表测量u1电压， 减去r2上的电压u2便可以获得。同时u2除以r2可以获得d1的反向偏置电流。 r1在这里起到一个辅助限流的作用。
▲ 图1.2.1 测量电路图
下面通过python编程， 控制u0电压从0v，变化到40v， 测量u1，u2，并计算led反向电压与反向电流。 绘制出反向电压与反向击穿电流之间的关系。 根据测量结果， 可以看出led的反向击穿电压， 大约是37v。
▲ 图1.2.2 测量led反向击电压与电流曲线
通过示波器观察u2信号， 可以看到led反向电流并没有单光子雪崩脉冲电流。 这说明该led不适合做spad。
2、其它颜色led
测量一个绿色led的反向击穿电压。 对应的击穿电压大约为16v左右。
测试黄色led， 对应的反向击穿电压大约为36v左右。 以上两个led都没有观察到单光子雪崩电流脉冲信号。
这是一个红色led，它的反向击穿电压非常高。 已经超过了数字可控电源输出电压的最大范围。
▲ 图1.2.3 测试不同颜色的反向击穿电压
三、红外led
下面在测试几个小型的led反向击穿的情况。 经过测试，最终找到两个红外led， 他们在反向电压偏置下，可以形成雪崩脉冲输出。
▲ 图1.3.1 一种红外led可以现成反向雪崩电流脉冲信号
这里给出了在反向电压超过50v时，r2上的雪崩电流脉冲信号。 使用手掩盖led，可以看到脉冲信号明显变少。 改变反向电压的大小，可以改变击穿脉冲的频率。当超过一定电压数值之后，led便会持续反向击穿。
▲ 图1.3.2 形成的反向击穿雪崩脉电流脉冲
总 结
本文对于手边几款led进行测试，通过施加反向电压，观察击穿电流是否会出现单光子雪崩脉冲信号。 经过筛选，发现其中两款红外led可以产生反向击穿脉冲信号，并随着光线强弱以及电压大小发生变化。 这为之后进行相应的实验打下基础。
▲ 图2.1 可以产生单光子雪崩电流的led
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▲ 图1.1.1 普通led不能够作为spad
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1、红色led
首先对于手边一个大型红色led测试其反向击穿电压的情况。 这里给出了测试方法以及电路图。 可调数字直流电源u0输出电压， 给二极管d1 施加反向电压。 电压大小通过数字万用表测量u1电压， 减去r2上的电压u2便可以获得。同时u2除以r2可以获得d1的反向偏置电流。 r1在这里起到一个辅助限流的作用。
▲ 图1.2.1 测量电路图
下面通过python编程， 控制u0电压从0v，变化到40v， 测量u1，u2，并计算led反向电压与反向电流。 绘制出反向电压与反向击穿电流之间的关系。 根据测量结果， 可以看出led的反向击穿电压， 大约是37v。
▲ 图1.2.2 测量led反向击电压与电流曲线
通过示波器观察u2信号， 可以看到led反向电流并没有单光子雪崩脉冲电流。 这说明该led不适合做spad。
2、其它颜色led
测量一个绿色led的反向击穿电压。 对应的击穿电压大约为16v左右。
测试黄色led， 对应的反向击穿电压大约为36v左右。 以上两个led都没有观察到单光子雪崩电流脉冲信号。
这是一个红色led，它的反向击穿电压非常高。 已经超过了数字可控电源输出电压的最大范围。
▲ 图1.2.3 测试不同颜色的反向击穿电压
三、红外led
下面在测试几个小型的led反向击穿的情况。 经过测试，最终找到两个红外led， 他们在反向电压偏置下，可以形成雪崩脉冲输出。
▲ 图1.3.1 一种红外led可以现成反向雪崩电流脉冲信号
这里给出了在反向电压超过50v时，r2上的雪崩电流脉冲信号。 使用手掩盖led，可以看到脉冲信号明显变少。 改变反向电压的大小，可以改变击穿脉冲的频率。当超过一定电压数值之后，led便会持续反向击穿。
▲ 图1.3.2 形成的反向击穿雪崩脉电流脉冲
总 结
本文对于手边几款led进行测试，通过施加反向电压，观察击穿电流是否会出现单光子雪崩脉冲信号。 经过筛选，发现其中两款红外led可以产生反向击穿脉冲信号，并随着光线强弱以及电压大小发生变化。 这为之后进行相应的实验打下基础。
▲ 图2.1 可以产生单光子雪崩电流的led
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