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随着 5G 与移动设备的兴起与普及，越来越多新型光传感器被应用于我们的日常生活中。 为了能更好的应用在移动设备上，这些先进光传感器的组件感光面积越做越小。 但这些应用却对先进光传感器的光感测性能要求却越来越高。 在感光面积微缩的过程中，也带来量子效率精准检查的挑战。 例如，传统聚光型小光斑在不同波长下，色散差造成焦点位移可到 mm 等级。 难以将所有的光子都聚焦到微米等级的感光面积中。 因此，难以准确测得全光谱量子效率曲线。
APD-QE采用独家光束空间均匀化技术，利用ASTM标准的Irradiance Mode测试方式，与各种先进探针台形成完整的微米级光感测器全光谱量子效率测试解决方案。 APD-QE 已被应用于多种先进光传感器的测试中，例如在 iPhone 激光雷达与其多种光传感器、Apple Watch 血氧光传感器、TFT 影像感测器、有源主动像素传感器（APS）、高灵敏度间接转换 X 射线传感器等。
PEM™ （Photon-Energy Modulator） 简介，这是一款革命性的解决方案，旨在将您的量子效率测试和光谱分析提升到新的高度。 这种创新工具可精确控制光子通量和能量，确保在各种波长下获得准确可靠的结果。
传统QE系统在新型光电传感器测试的挑战：
- 市面上的量子效率系统多为「功率模式」。
- 随移动设备的大量普及，先进光电传感器如APD、SPAD、ToF等，组件收光面积均微型化，有效收光面积由数十微米到数百微米（10um ~ 200um）。
- 光束聚焦的「功率模式」 ，用来检查小面积的先进光电侦测器的问题：
- 难以将所有光子，完全打进微米等级的有效收光面积（无法达到功率模式的要求）=> 绝对 EQE 值难以取得。
- 在聚光模式下，难以克服光学色散差、球面像差等带来的检查误差。 => EQE 光谱曲线不正确。
- 难以整合探针台。
特点
- 使用均匀光斑的「照度模式」（Irradiance Mode） 符合ASTM E1021
- 均匀光斑可以克服色散差与像差的问题，可准确测得 EQE 曲线
- 可搭配多种探针台系统，实现非破坏性的快速测试。
- 整合光学与测试系统，提高系统搭建效率。
- 一键式自动化测试软件，自动全光谱校正与检查，工作效率高。
- 测试特性：
– 外部量子效率 EQE
– 光谱回应 SR
– I-V 曲线检查
– NEP 光谱检查
– D* 光谱检查
– Noise-current-frequency 噪声-电流-频率响应图（A/Hz-1/2; 0.01Hz~1,000Hz）
– Flicker noise, Johnson Noise, Shot noise 分析
光焱科技Enlitech 的专家团队拥有丰富的实验室经验和技术知识，能够在线上或现场指导客户进行精密测试。 例如，通过对噪声电流频率图的详细分析，Enlitech 帮助客户识别潜在的测试误差，优化测试参数，从而提升测试的精确度与再现性。
Enlitech 深知，在光电领域中，精确测试对产品开发和质量控制至关重要。 客户在面对如噪声电流频率、量子效率（EQE）、探测度（D*）及噪声等效功率（NEP）等测试时，常常因仪器调校复杂、数据不稳定而感到困惑。 针对这些痛点，Enlitech提供了全面的解决方案。
EQE 和 D* 等指标直接影响光电探测器的灵敏度和性能，这在半导体、通讯及航空航天等高科技领域尤为重要。 准确的测试数据不仅能够帮助客户提升产品质量，还能降低产品开发周期，节省成本。
Enlitech
We Make Sensors Better.
规格
客制化光斑尺寸与光强度
光焱科技APD-QE光感测器量子效率检查系统在光斑直径25mm光束尺寸、工作距离200mm条件下检查，可以达到光强度与光均匀度如下。 在波长 530nm 时，光强度可以达到 82.97uW/（cm2）。
由 APD-QE（高级光电探测器量子效率测量系统）测量的典型 光强度 。 照明光束尺寸为直径 25 毫米，工作距离为 200 毫米。
| WL (nm) | Full Width at Half Maximum (nm) | Uniformity U%=(M-m)/(M+m) | |
| 5mm×5mm | 3mm×3mm | ||
| 470 | 17.65 | 1.6% | 1.0% |
| 530 | 20.13 | 1.6% | 1.2% |
| 630 | 19.85 | 1.6% | 0.9% |
| 1000 | 38.89 | 1.2% | 0.5% |
| 1400 | 46.05 | 1.0% | 0.5% |
| 1600 | 37.40 | 1.4% | 0.7% |
APD-QE（高级光电探测器量子效率测量系统）测量的典型 空间均匀性 。 照明光束尺寸为直径 25 毫米，工作距离为 200 毫米。
光焱科技拥有丰富的光学设计经验，可以根据您的需求，量身打造特定光束尺寸和光强度的光源。 欢迎与我们联系，专业团队将竭诚为您服务！
- 特有PEM光子数-光能量调节器 定光子数控制功能
APD-QE 光感测器量子效率检查系统具有「定光子数」功能 （选配），使用者可以通过控制各个单色光的光子数，让各波长的光子数都一样，并进行测试。 这也是光焱科技APD-QE光感测器量子效率检查系统的独家技术，其他厂家都做不到。
客户在不同的 constant photon flux 条件下，进行的光谱测试结果。
- 使用独特的 PEM（光子能量调制器）恒定光子控制功能（CP 控制模式），光子数的变化可以是 < 1%。
以上图为例。 灰色的“正常”线是氙灯光源在每个波长下的光强分布，显示了氙灯的光谱特性。 如果使用 CP 控制模式，则可以控制不同波长的不同光子数，以保持一致的输出特性。 橙色线 ‘CP=15000’ 表示不同波长的光子输出为 15,000 光子/s/um2
- 样品测试和分析示例
a-Si photo-FET样品
在不同的光强度条件下，测试的光谱回应会有所不同。 请参阅下面的测试结果 
OPV或钙钛矿PV样品
对于OPV或钙钛矿PV样品，通用模式和CP控制模式的测试结果没有差异。 请参阅下面的测试结果。 
| Measurable Parameters | Customizable Options |
|---|---|
| 1. Absolute light intensity calibration | 1.Customized dark box |
| 2. Spectral response measurement | 2.XYZ axis displacement platform |
| 3. External quantum efficiency measurement (EQE) | 3.Customized probe station integration service |
| 4. NEP (Noise Equivalent Power) spectrum | |
| 5. D* (detectivity) spectrum | |
| 6. Noise-current-frequency response chart (A/Hz-1/2) | |
| 7. Flicker noise, Johnson noise, Shot noise analysis | |
| 8. I-V curve measurement ‧Different light intensities for I-V curve measurement ‧Constant current/voltage, voltage/current vs. time testing ‧Under illumination conditions |
系统设计
均光系统与探针台整合
- 高均匀度光斑
采用独家专利傅立叶光学元件均光系统，可将单色光光强度空间分布均匀化。 在10mm x 10mm面积以5 x 5检查光强度分布，不均匀度在470nm、530nm、630nm、850nm均可小于1%。 而在 20mm x 20mm 面积以 10 x 10 矩阵检查光强度分布，不均匀度可以小于 4%。
- PDSW 软件
PDSW 软件采用全新 SW-XQE 软件平台，可进行多种自动化检查，包含 EQE、SR、I-V、NEP、D*、频率噪声电流图（A/Hz1/2）、噪声分析等。
- EQE 测试
EQE 测试功能，可以进行不同单色光波长测试，并且可自动测试全光谱 EQE
- I-V 检查
软件可支持多种 SMU 控制，自动进行照光 I-V 测试以及暗态 I-V 测试，并支持多图显示。
- D* 与 NEP
相较于其它QE系统，APD-QE可以直接检查并得到D*与NEP。
- 频率-噪声电流曲线
- 可升級軟體
升級FETOS軟體操作畫面（選配），可測試3端與4端的Photo-FET組件。
内部整合探针台
APD-QE 系统由于其出色的光学系统设计，可以组合多种探针台。 全波长光谱仪的所有光学元件都集成在精巧的系统中。 单色光从光谱仪引导到探针台屏蔽盒。 图片显示了 MPS-4-S 基本探针台组件，带有 4 英寸真空吸盘和 4 个带有低噪声三轴电缆的探针微定位器
可客制化整合多种探针台与屏蔽暗箱
- 客制化隔离屏蔽箱。
- 因为先进的PD讲究响应速度快，所以有效面积就要小（降低电容效应），因此，多会有需要整合探针台的需求。
- 可整合不同的半导体分析仪如4200或E1500。
应用
- LiDAR 中的光电传感器 – InGaAs 光电二极管 / SPAD
- 苹果手表的光电传感器
- 用于高增益传感和成像的光电二极管门控晶体管
- 高光电导增益和填充因子光学传感器
- 高灵敏度间接转换 X 射线探测器表征
- 硅光子学– InGaAs APD
应用1： iPhone 12的LiDAR和其他传感器中光电二极管的外部量子效率
应用 2： APPLE Watch 6 血氧传感器中光电二极管的外量子效率
全新Apple Watch Series 6 配备氧传感器和配套应用，为您提供更多监测心脏和呼吸系统健康的方式。
血氧传感器内置于 Apple Watch 的背面。 它使用四组红、绿、红外LED灯和四个光电二极管，这些器件可以将光转换为电流。 光照射到手腕上的血管，光电二极管测量反射回来的光量。 基本上，含氧和脱氧的血液以不同的方式吸收红光和红外光，因此Apple Watch 可以通过反射光来确定血液的颜色。
采用 APD-QE 系统对氧传感器中的光电二极管进行研究和分析，包括可见光和红外波长范围。
APD-QE 可以提供这些光电二极管的信息：
- 外部量子效率 EQE（300nm~1700nm）
- 光谱响应 SR （A/W）
- NEP 和 D*
- 频率-噪声曲线（ A/Hz1/2）
- 噪音类型
如果您想了解更多关于移动设备中血氧传感器的光学传感器/光电二极管测试的详细信息，请随时立即联系 Enlitech 。
应用 3：用于高增益传感和成像的光电二极管门控晶体管
在光学传感和成像应用中，为了提高灵敏度和 SNR，APS （active pixel sensor） 包括一个光电探测器或一个光电二极管和几个晶体管，形成一个多组件电路。 其中一个重要的单元：像素内放大器，也称为源追随者是必须使用。 APS 自诞生之日起，就从三管电路演变为五管电路，以解决晕染、复位噪声等问题。 除了 APS，雪崩光电二极管 （ APD ）及其相关产品：硅光电倍增器（SiPM）也可以获得高灵敏度。 然而，由于必须采用高电场来启动光电倍增和碰撞电离，因此在这些设备中高场引起的散粒噪声很严重。
最近，提出了亚阈值操作光电二极管（PD）门控晶体管的器件概念。 它无需高场或多晶体管电路即可实现高增益。 增益源自光诱导的栅极调制效应，为了实现这一点，必须进行亚阈值操作。 它还以紧凑的单晶体管（ 1-T） APS 格式将 PD 与晶体管垂直集成，从而实现高空间分辨率。 这种器件概念已在各种材料系统中实施，使其成为高增益光学传感器的可行替代技术。
APD-QE 系统致力于研究和分析光电二极管门控非晶硅薄膜晶体管：
- 不同光强下的光转移曲线特性。
- 光强度函数的阈值电压变化（ΔVth）。
- 有/无曝光的晶体管输出特性。
- 量子效率与光敏增益光谱。
（a） a-Si：H 光电二极管门控 LTPS TFT 结构示意图; （b） 等效电路图，显示具有高 SNR 的 APS
（a） 像素的显微照片; （b） 部分阵列的显微照片; （c） 图像传感器芯片的照片
如果您想测试 TFT 型图像传感器或了解更多测试细节，请立即联系 Enlitech。
3-D双栅光敏a-Si：H TFT的光传输特性。
在各种光子通量下，作为波长函数的光敏TFT增益。
曝光和没有曝光的 TFT 输出特性。
推荐的系统组合
- APD-QE 系统
- QE波长范围300~1100nm
- 恒光子/ 恒能光控模块
- 高度均匀的光束均化器
- Keysight B2912 半导体分析仪 x 2
- 探针台： MPS-4-S 探针台系统与暗屏蔽盒
- 软件升级： FETOS-SW
应用 4：高光电导增益和填充因子光学有源像素传感器
可应用于「间接转换 X 射线成像」、 「光学指纹成像」和「生物医学萤光成像」的光学有源像素传感器。
应用 5：高灵敏度间接转换 X 射线探测器表征
高灵敏度间接转换 X 射线探测器
高分辨率背照式 （BSI） 型 X 射线探测器面板。
高灵敏度大面积 X 射线探测器是低剂量医学诊断 X 射线成像的关键，例如数字射线照相、透视和乳房 X 线照相术。 X射线的探测方式一般有直接转换和间接转换两种。 在直接转换模式中，光电导体（例如，非晶硒）用于将 X 射线光子直接转换为电荷。 在间接转换模式中，这些电荷由非晶硅薄膜晶体管（TFT）进一步读出。 X 射线光子首先通过闪烁体如碘化铯 （CsI：Tl）、锗酸铋晶体 （Bi4Ge3O12）或 Gd2O2S：Tb 荧光粉，然后，通常由非晶硅光电二极管和开关 TFT 形成的光学成像传感器检测。 在任一模式下，为了实现高灵敏度，必须从材料/设备级别或像素电路级别进行信号放大。 例如，最近研究了高度敏感的直接X射线光电导体，例如钙钛矿，因为与市售的直接转换 a-Se 光电导体相比，它利用光子的效率高，从而导致高量子产率。 然而，钙钛矿具有高漏电流并且也遇到稳定性 / 可靠性问题。 在 X 射线成像应用中，可靠性和稳定性至关重要，因为每年必须进行数千次扫描。 在高灵敏度的间接转换 X 射线探测器的情况下，由于许多闪烁体的量子产率已达到其极限，然而，由于 TFT 电路和光电二极管之间的占用面积竞争，空间分辨率和填充因子通常会受到影响，因此其灵敏度和高空间分辨率需要权衡。 因此，拥有同时获得高灵敏度和高空间分辨率的检测器或像素架构是具有挑战性的。
PD-QE 系统用于高灵敏间接检测型的X射线探测器的开发：
- 不同光强下的光转移曲线特性。
- 有/无曝光的晶体管输出特性。
- 量子效率与光敏增益光谱。
不同 VTG（-12 V、-18 V、-24 V）阈值电压变化的光强度依赖性。
橙色线是实测的 CsI：Tl 的 X 射线激发光致发光发射光谱，蓝色线是光敏双栅 TFT 的光增益 （Gph），紫色线是经典pin光电二极管的外部量子效率 （EQE） 曲线 。
推荐的系统组合
- APD-QE 系统
- QE波长范围300~1100nm
- 恒光子/ 恒能光控模块
- 高度均匀的光束均化器
- Keysight B2912 半导体分析仪 x 2
- 探针台： MPS-4-S 探针台系统与暗屏蔽盒
- 软件升级： FETOS-SW
如果您想测试间接转换 X 射线探测器或了解有关测试的更多详细信息，请立即联系 Enlitech。
应用 6：高光电导增益和填充因子有源像素传感器（APS）
有源像素传感器（APS）
_垂直堆叠了一个 a-Si：H p-i-n 光电二极管和一个低温多晶硅（ LTPS）读出 TFT 通过使用 p-i-n 光电二极管门控 TFT 架构并在亚阈值范围内操作 TFT，所提出的 APS 器件可提供高填充因子和高内部光电导增益。 垂直积分导致像素中的高填充因子 （>70%） 和更大的受光面。 在传感器的光电二极管门控TFT结构中，通过在亚阈值状态下操作TFT来放大输出电流。 在可见光波长下获得弱波长依赖性光导增益 >10，从而实现大面积低强度光检测。
大面积光学成像和传感设备可以在间接转换 X 射线成像 光学指纹成像和生物医学荧光成像的许多应用中找到。 而高增益与高填充因子的APS深具商业应用的潜力。
APD-QE 系统有源像素传感器（ APS ）：
- 不同光强下的光转移曲线特性。
- 有/无曝光的晶体管输出特性。
- 量子效率与光敏增益光谱。
等效像素电路 （a） SNR = AS/（N+n） 的混合有源像素传感器，以及 （b） SNR = S/（N + n） 的传统无源像素传感器; A 是放大因子，N 是来自像素的噪声，n 是数据线噪声。
高光电导增益和填充因子光学传感器
混合传感器的光子传输特性。
在 VBG = − 6.3V 下测得的光电导增益和外部量子效率作为各种光子通量的波长函数。
采用 APD-QE 系统检测有源像素传感器的外量子效率。
推荐的系统组合
- APD-QE 系统
- QE波长范围300~1100nm
- 恒光子/ 恒能光控模块
- 高度均匀的光束均化器
- Keysight B2912 半导体分析仪 x 2
- 探针台： MPS-4-S 探针台系统与暗屏蔽盒
- 软件升级： FETOS-SW
如果您想测试有源像素传感器（APS）或了解更多测试细节，请立即联系 Enlitech
客户实证
应用文献
Xiao Wang,Zhulu Song,Haodong Tang,Yiwen Li,Huaying Zhong,Jiufeng Wu,Weichao Wang,Simin Chen,Wenjie Zhang,Fan Fang,Junjie Hao,Dan Wu,Peter Müller-Buschbaum,Leifeng Cao,Zeguo Tang,Jun Tang,Lei Zhang,Kai Wang, and Wei Chen
First published: August 1, 2024 https://doi.org/10.1021/acsami.4c05201
… All of the SWIR PDs were characterized using PD-QE and APD-QE from ENLITECH Inc. for the EQE, responsivity, and detectivity characterization. A Keithly 4200 with extended PA was …
Reference to：APD-QE、PD-QE、EQE
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