直流響應

經由 I-V 與 C-V 量測我們可以得到二極體的 turn on 電壓、崩潰電壓、暗電流值 及 SPAD 電容值、電阻值的大小。由圖 4-7 可得知我們所設計的單光子崩潰二極體 turn on 電壓約在 0.6V 附近，崩潰電壓則約在-9.9V ，此值與先前模擬預測崩潰電壓約為 -10V 非常接近。然而因為製程的變異，不同顆晶片上之崩潰電壓會有些微的差異，如 PD1 與 PD9 崩潰因為與其他二極體在不同顆晶片進行之量測，因此崩潰電壓落在 -9.7V，產生了 0.2V 的差異。另外，直徑 70μm 暗電流值的大小隨著電壓加大約從 如圖 4-8 所示與直徑 20μm 差距相當小，理想上，暗電流值的大小越 小越好且與偵測器面積成正比的差距，這和我們所預期的相距甚遠，因此我們推測，

由於直徑 20μm 偵測器頇經過 FIB 導通金屬，然而在導通金屬的過程中可能造成陽極 與陰極間部分的漏電，這是無法避免的，卻也造成元件永久的損害。量測 I-V 時我們 將限流設定在 1mA，計算元件崩潰後的電阻值，我們得到崩潰時內阻約為 20~30Ω。

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電容值的大小如圖 4-9 所示， 我們藉由探針直接量測晶片及 PCB 板打線後分別 量測，得到在經由 PCB 量測時電容值皆提高許多，因此我們推測 PCB 板電容值約在 數個 pF，而在藉由探針直接量測下，我們可得知二極體中空乏區電容隨反偏電壓加高 而漸漸降低，偏壓 0V 時 70μm 電容值為 7.39pF，20μm 電容值為 1.11pF，偏壓在接 近崩潰電壓時，70μm 電容值降低為 2.75pF，20μm 電容值則降低為 0.49pF。表 4-1 中，我們比較量測與計算之電容值，發現量測值皆些微大於計算值，造成此現象主要

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4.2.3 暫態響應

暫態響應的量測在於元件中垂直結構的吸收造成飄移及擴散載子移動時間的不同，

因此對於晶片中不同直徑大小的偵測器較無關係。在此我們選用直徑 70μm 偵測器進 行量測，以便於產生較大光電流而減少入射光能量之大小，以及在經由光纖量測時較 容易將大部分光入射至偵測器主要偵測區。

圖 4-15、4-16 為量測元件在 400nm 及 780nm 脈衝雷射下暫態響應結果，上圖 分別為產生之電壓波形與時間之關係，下圖則為規一化後結果，由先前 3.3.1 節暫態 響應模擬我們可以得知，400nm 雷射光因為吸收較淺將造成約 600ps 的暫態波形，

由圖 4-15 我們發現響應大小隨偏壓上升漸漸提高，且訊號寬度因電場加大而漸漸縮短 約 600ps，此現象與模擬預測完全一致，並且得到暫態響應的時間同樣相當吻合。此 外，從圖 4-16，780nm 雷射光量測的結果我們可以再次驗證，因為長波長所造成元 件內較深處的吸收導致暫態波形約 1500ps 的寬度，響應的大小與寬度同樣的隨偏壓 提高且縮短，此值與模擬同樣一致。

在量測完元件操作在負偏壓下之暫態響應後，我們將偏壓操作於崩潰電壓之上，

試圖得到與先前模擬圖 3-20 一樣的結果，也就是元件不斷的累增崩潰造成響應圖形半 高寬急遽的加大，從圖 4-17 得到兩種波長下的量測結果我們發現，400nm 響應時間 已超過 1ns，780nm 則超過 2ns，此現象符合模擬中預期，代表著累增崩潰的發生使 得暫態響應延長幾倍的時間之後才結束，而此時暫態響應的速度不再是由光波長所決 定，而是累增崩潰效應所控制。

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圖 4-17、超額偏壓 0.2V 下單光子偵測器暫態響應圖

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