泰克(Tektronix)旗下吉時(shí)利(Keithley)的 SourceMeter(源表)源測(cè)量單元(SMU) 在光電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。
Keithley的SourceMeter是一種高度集成、高精度的儀器，它同時(shí)結(jié)合了以下功能：
精密電源
電流源
數(shù)字萬用表
電子負(fù)載
脈沖發(fā)生器
這種“all-in-one”的特性和皮安(pA)級(jí)的電流測(cè)量與微伏(μV) 級(jí)的電壓測(cè)量能力，使其成為光電器件研發(fā)、生產(chǎn)和測(cè)試中不可或缺的工具。
泰克Keithley SourceMeter 光儀器為何適合光電測(cè)試?
光電器件的測(cè)試核心通常涉及：施加一個(gè)精確的激勵(lì)(電壓或電流)，并同步測(cè)量其產(chǎn)生的響應(yīng)(電流或電壓)。這正是SourceMeter的專長(zhǎng)。
高精度測(cè)量：能夠準(zhǔn)確測(cè)量光電器件(如光電二極管)產(chǎn)生的極其微弱的光電流(低至皮安級(jí)別)。
四象限操作：SourceMeter可以工作在電壓-電流平面的所有四個(gè)象限，這意味著它既能作為電源(輸出功率)為器件供電，也能作為負(fù)載(吸收功率)來測(cè)試器件。這對(duì)于測(cè)試太陽能電池和LED至關(guān)重要。
消除切換延遲：傳統(tǒng)方案需要使用獨(dú)立的電源和萬用表，并在它們之間進(jìn)行切換，這會(huì)引入誤差和延遲。SMU內(nèi)部同步施加激勵(lì)和測(cè)量響應(yīng)，速度更快，數(shù)據(jù)更精確。
** Kelvin連接 **：提供四線制(Kelvin)連接方式，可消除測(cè)試線纜的電阻帶來的壓降誤差，確保施加到器件上的電壓是絕對(duì)精確的。
在光儀器中的主要應(yīng)用場(chǎng)景
以下是SourceMeter在光電領(lǐng)域幾個(gè)典型且重要的應(yīng)用：
1. 光電二極管(Photodiodes)特性分析
光電二極管是光探測(cè)的核心元件，SourceMeter用于繪制其關(guān)鍵特性曲線：
I-V特性曲線：在黑暗(暗電流)和不同光照條件下，掃描施加在光電二極管上的電壓，并同步測(cè)量產(chǎn)生的電流。這條曲線可以揭示：
暗電流：無光照時(shí)的泄漏電流，是衡量二極管質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。
線性度：光電二極管輸出電流與光照強(qiáng)度的線性關(guān)系。
響應(yīng)度：產(chǎn)生的光電流與入射光功率的比值(A/W)。
光譜響應(yīng)測(cè)試：配合單色儀，測(cè)量光電二極管在不同波長(zhǎng)光照射下的響應(yīng)度。
2. 激光二極管(Laser Diodes)與發(fā)光二極管(LED)測(cè)試
這是SourceMeter最經(jīng)典的應(yīng)用領(lǐng)域之一，用于獲取器件的L-I-V曲線。
L-I-V測(cè)試：對(duì)激光二極管/LED施加一個(gè)電流掃描(作為電流源)，同時(shí)測(cè)量其兩端的電壓降(V)，并使用外部光功率計(jì)同步測(cè)量其輸出的光功率(L)。
閾值電流：激光二極管開始激射的臨界電流，是核心參數(shù)。
工作電壓：在特定工作電流下的正向電壓。
斜率效率：輸出光功率隨注入電流變化的效率。
LED效率：評(píng)估LED的電光轉(zhuǎn)換效率。
3. 太陽能電池(Solar Cells / PV Cells)效率評(píng)測(cè)
太陽能電池的本質(zhì)是一個(gè)大型光電二極管，SourceMeter是評(píng)測(cè)其性能的黃金標(biāo)準(zhǔn)工具。
I-V曲線繪制：模擬太陽光照射電池，掃描電壓并測(cè)量輸出電流。
關(guān)鍵參數(shù)提取：
開路電壓：電流為零時(shí)的電壓。
短路電流：電壓為零時(shí)的電流。
最大功率點(diǎn)：輸出功率最大的點(diǎn)。
填充因子：衡量太陽能電池輸出特性曲線“方方正正”的程度，是評(píng)價(jià)電池質(zhì)量的重要指標(biāo)。
轉(zhuǎn)換效率：最大輸出電功率與輸入光功率的比值。
4. 高性能顯示器(OLED, μLED)測(cè)試
OLED和MicroLED屏幕由數(shù)百萬個(gè)微小的發(fā)光像素構(gòu)成，其測(cè)試挑戰(zhàn)在于需要高速、高精度地測(cè)試大量微小器件。
像素特性測(cè)試：SourceMeter可以施加精確的電壓/電流，并測(cè)量每個(gè)微小OLED像素的亮度、色度和效率。
老化與壽命測(cè)試：長(zhǎng)時(shí)間對(duì)器件施加恒定應(yīng)力(恒定電流或恒定電壓)，并持續(xù)監(jiān)測(cè)其性能參數(shù)(如亮度衰減、電壓變化)，用于評(píng)估器件的可靠性和壽命。
薄膜晶體管(TFT)測(cè)試：TFT是OLED顯示器的背板驅(qū)動(dòng)技術(shù)，SourceMeter可用于精確表征TFT的電氣特性。
5. 光電探測(cè)器/傳感器校準(zhǔn)
對(duì)于需要定量測(cè)量光強(qiáng)度的應(yīng)用，光電傳感器必須經(jīng)過精確校準(zhǔn)。SourceMeter可以提供穩(wěn)定的偏置電壓并讀取精確的電流信號(hào)，與標(biāo)準(zhǔn)光源配合，建立光強(qiáng)與電流輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。
Keithley SourceMeter源測(cè)量單元(SMU) 在光電子領(lǐng)域扮演著 “精密刺激-響應(yīng)測(cè)量平臺(tái)” 的角色。可以提供：
●精度：能夠處理從皮安到安培，從微伏到千伏的寬動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)。
●集成：一臺(tái)儀器替代多臺(tái)設(shè)備，簡(jiǎn)化系統(tǒng)搭建，減少連接錯(cuò)誤。
●效率：內(nèi)部同步測(cè)量大大提高了測(cè)試速度和準(zhǔn)確性，尤其適合自動(dòng)化產(chǎn)線測(cè)試。
●可靠性：提供Kelvin連接和先進(jìn)的濾波算法，確保測(cè)量結(jié)果的真實(shí)性。
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