CN106771944A - 一种异面电极结构芯片的频率响应测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异面电极结构芯片的频率响应测试装置，涉及光电子器件领域。本发明提出的频率响应测试装置包括：矢量网络分析仪、探针、探测器，其中，还包括一个测试平台，该测试平台针对异面电极结构芯片，结合了共面波导传输线结构，采用金丝实现电极之间的最短连接，不仅极大的提高了测试结构的截止频率，使得寄生参数的影响大大减小，同时降低了高频传输损耗，使得高频传输特性更好，能够得到精确、真实的异面电极结构芯片的频率响应。

Description

一种异面电极结构芯片的频率响应测试装置

技术领域

本发明涉及光电子器件领域，尤其涉及一种异面电极结构芯片频率响应的测试装置。

背景技术

半导体激光器芯片的频率响应是决定芯片应用能力的重要参数之一，如何精确测试芯片的频率响应是进行芯片筛选和优化设计的关键技术。目前，采用异面电极结构的半导体激光器芯片，无法直接使用商用的共面微波探针接触芯片电极进行测量。

因此，对于异面电极结构芯片的频率响应测试，就需要通过专门设计的测试结构，将芯片的异面电极转换至共面电极，再用共面微波探针接触共面电极进行测量。其中，测试结构组成部分(例如测试载体和金丝)由于寄生电容或电感效应，也是频率相关元件，其截止频率与其尺寸、结构相关，会对芯片截止频率的测试产生一定影响。只有当测试结构组成部分的截止频率远远高于待测芯片截止频率时，测试结果才近似于待测芯片频率响应；而当其截止频率接近甚至低于待测芯片截止频率时，测试结果就不能真实反映芯片频率响应。因此，为了尽可能减小引入的寄生参数影响，降低高频传输损耗，提高测试结构组成部分的截止频率，使得测试结果不受芯片以外因素限制，达到精确获取待测芯片频率响应的目的，如何更好地设计芯片测试装置的测试结构具有非常关键的实际应用意义。

本发明通过专门设计的异面结构芯片测试结构平台，结合共面波导传输线结构，采用多根金丝实现电极之间的最短连接，使得测试结构的截止频率远远高于待测芯片的频率响应，即所测芯片的频率响应结果更加精确和真实。这在光电子器件的高频测试领域中具有非常重要的实际意义，鉴于高速半导体激光器芯片的迅速发展，本发明也具有良好的应用前景。

发明内容

(一)要解决的技术问题

异面电极结构芯片的频率响应测试过程中，测试结构(例如测试载体和金丝)因寄生电容或电感效应，同时也是频率相关元件，其尺寸和结构关系会影响其本身的截止频率。如果测试结构的截止频率不能够远远高于待测芯片的截止频率，测试结果就不能真实反映芯片频率响应。

(二)技术方案

为了能够解决上述问题，精确地获得异面电极结构芯片的高频特性，本发明提出了一种异面电极结构芯片频率响应测试装置，包括：矢量网络分析仪、探针、探测器，其中，还包括一个测试平台，测试平台包括共面波导传输线和多根金丝。

测试平台还包括背地电极和载体，背地电极上表面和载体的下表面相连接，用于电磁场屏蔽。

载体具有一定的热导性和绝缘性，其制备材料为氮化铝或三氧化二铝。载体根据被测芯片的尺寸制备合适大小的地电极-信号电极-地电极(G-S-G)的共面波导传输线结构，该传输线结构的特征阻抗为50欧姆。

共面波导传输线结构包括第一地电极、信号电极和第二地电极，电极宽度和间距等结构参数按照实际需要，例如传输线结构的特征阻抗50欧姆进行设计，并依次平铺于所述载体上，形成G-S-G结构。

信号电极上表面的一端与异面电极结构芯片的下电极相接，该芯片可利用共晶焊接的方式固定，使得芯片的下电极与信号电极实现良好的欧姆接触。

多根金丝将异面电极结构芯片的上电极与所述第一地电极、第二地电极之间实现最短连接。

多根金丝两端分别打点到第一地电极和第二地电极上，其中间位置打点到异面电极结构芯片的上电极上，可使用球形压焊机或楔形压焊机实现金丝打点连接。

探针为G-S-G共面微波探针，与第一地电极、信号电极和第二地电极直接接触，用于向异面电极结构芯片传递矢量网络分析仪的电信号。

探测器利用光纤耦合接收异面电极结构芯片发出的光信号，用于将光信号转换为电信号并传递到矢量网络分析仪。

矢量网络分析仪分别与探针和探测器相连，用于将向探针传输的电信号和接收探测器的电信号进行对比分析得到测试结果。

(三)有益效果

为了精确地获得异面电极结构芯片的高频特性，本发明提供了一种频率响应测试装置，包括：探针、矢量网络分析仪、探测器，其中，还包括一个测试平台，该测试平台结合共面波导传输线结构，更好的传输高频信号；另外采用金丝实现电极之间的最短连接，降低了高频传输损耗，使得高频传输特性更好。最终使得测试结构的截止频率远远高于待测芯片的频率响应，即得到了精确真实的芯片的响应频率。

附图说明

图1是本发明提出的具体实施例1中异面电极结构芯片的频率响应测试装置结构关系示意图；

图2是本发明提出的具体实施例1中异面电极结构芯片的频率响应测试装置的测试平台三维立体图；

图3是本发明提出的具体实施例1中异面电极结构芯片的频率响应测试装置的测试平台俯视图；

图4是本发明提出的具体实施例1中异面电极结构芯片的频率响应测试装置的测试平台左视图。

其中，1是第一地电极，2是信号电极，3是第二地电极，4是载体，5是异面电极结构芯片，6是金丝，7是背地电极，8是矢量网络分析仪，9是探针，10是探测器，11是测试平台。

具体实施方式

本发明提出一种异面电极结构芯片频率响应测试装置，其包括：矢量网络分析仪、探针、探测器。矢量网络分析仪用于输出电信号(例如高频信号和偏置电流)到探针；探针用于向异面电极结构芯片传递矢量网络分析仪的电信号；探测器利用光纤耦合接收异面电极结构芯片发出的光信号，并将光信号转换为电信号传递到矢量网络分析仪。

本发明提出的测试装置还包括一个测试平台，该测试平台包括共面波导传输线和多根金丝，共面波导传输线包括多个电极，多根金丝用于连接异面电极结构芯片和共面波导传输线的电极。

共面波导传输线是传输高频测试信号的重要部分，本发明采用接地共面波导传输线结构，在载体上表面和下表面制备接地电极，具有更大的接地面积，相比于微带线结构，共面波导传输线在毫米波段的色散更低，损耗更小，具有更宽的有效带宽，这有利于获取精确的芯片高频响应。

金丝的数量为两根，在键合工艺条件可行情况下越多越好。与单根金丝相比，并联多根金丝可以在一定程度上降低寄生效应，并且已有实验证明，多根金丝并联的传输特性优于单根金丝，其反射更小，传输高频的能力更强。

此外，测试平台还可包括载体和背地电极，载体为AlN等导热介质材料，一方面作为共面波导传输线的介质载体，另一方面用于疏导芯片工作时产生的热量。背地电极用于电磁屏蔽。

本发明提出的异面电极结构芯片是指信号电极和地电极分布在上下表面的半导体芯片，包括半导体激光器芯片在内，对于其他异面电极结构的光探测器、光调制器等光电子芯片或微波放大器、滤波器等微电子芯片，本发明的频率响应测试装置同样适用。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，其为异面电极结构芯片的频率响应测试装置结构关系示意图，其测试芯片为异面电极结构的半导体激光器芯片，该测试装置包括矢量网络分析仪8、探针9、探测器10和测试平台11。其中，矢量网络分析仪8和探针9采用同轴电缆进行连接，以便将矢量网络分析仪8输出的高频信号和偏置电流发送到探针9；矢量网络分析仪8和探测器10也通过同轴电缆进行连接，以接收探测器10的电信号。矢量网络分析仪8通过综合分析对比，得到精确的异面电极结构芯片的频率响应。

图2、图3、图4是异面电极结构芯片的频率响应测试装置的测试平台三维立体图、俯视图和左视图。测试平台11包括：共面波导传输线结构(即G-S-G结构)、金丝6两根、异面电极结构芯片5一个、载体4和背地电极7。其中，采用的异面电极结构芯片5的外形尺寸为250μm×250μm×100μm。

共面波导传输线结构主要包括：第一地电极1、信号电极2，第二地电极3，因共面波导传输线结构的特征阻抗为50欧姆，根据所采用芯片的尺寸大小，所以第一地电极1、信号电极2和第二地电极3依次以250μm的相同间距平铺于载体4上。其中，第一地电极1、信号电极2、第二地电极2的制备材料均为金材料，通过蒸镀工艺在载体4上表面制备得到，尺寸均为长500μm，宽250μm，高10μm。一般来说，芯片的范围在90-250μm之间，信号电极2的宽度大于等于芯片宽度即可。

载体4的制备材料为具有良好热导性和绝缘性的氮化铝，本具体实施例利用AppCAD软件仿真，载体的高度设定为250μm，输入氮化铝的介电常数值和信号电极的宽度等参数，得到其沟道宽度为250μm。共面波导传输线的长度比采用的异面电极结构芯片5的长度稍长，允许芯片5焊接后传输线另一端具有探针9接触的测试空间即可，从而降低传输线的传输损耗。因此，我们制作的载体4长1250μm，宽600μm，高250μm。

测试平台11还包括组成材料为金材料的背地电极7，背地电极7上表面和载体4的下表面相连接，用于电磁场屏蔽。通过蒸镀工艺在载体4下表面制备得到，其具体长宽尺寸和载体4一致，具体为长1250μm，宽600μm，厚度为10μm。

一般来说，芯片5的范围在90-250μm之间，信号电极2宽度大于等于芯片5宽度即可，具体实施例1中信号电极2宽度为250μm，其上表面的一端与所采用的异面电极结构芯片5的下电极相接，该芯片5利用共晶焊接的方式固定，使得芯片5的下电极与信号电极2实现良好的欧姆接触。

两根金丝6将异面电极结构芯片5的上电极与所述第一地电极1、第二地电极3之间实现最短连接。两根金丝6两端分别打点到第一地电极1和第二地电极2上，其中间位置打点到异面电极结构芯片5的上电极上，使用楔形压焊机实现金丝打点连接。

综上，结合附图2、图3、图4，能够完整、清晰地对该测试装置的测试平台11主要结构予以了介绍。如图1所示，探针9为G-S-G共面微波探针，与第一地电极1、信号电极2和第二地电极3直接接触，用于向异面电极结构芯片5传递矢量网络分析仪8的高频信号和偏置电流。另外，探测器10利用光纤耦合接收异面电极结构芯片5发出的光信号，并将光信号转换为电信号传递到矢量网络分析仪8。

为了进一步明确本发明所述的技术方案，本发明根据具体实施例提出一种异面电极结构芯片频率响应的测试方法如下：

1、待测异面电极结构芯片5放置到测试平台11，并使用金丝连接好；

2、矢量网络分析仪8通过探针9向测试平台11发送高频信号和偏置电流；

3、待测芯片5发光，通过探测器10将待测芯片5发出的光信号转换成电信号传递到矢量网络分析仪8；

4、矢量网络分析仪8对发出的电信号和接收的电信号进行综合分析，得到待测芯片5的准确频率响应。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种异面电极结构芯片频率响应测试装置，包括：矢量网络分析仪、探针、探测器，其特征在于，还包括一个测试平台，所述的测试平台包括共面波导传输线和多根金丝，所述共面波导传输线包括多个电极，所述多根金丝用于连接所述异面电极结构芯片和共面波导传输线的电极。

2.根据权利要求1所述的异面电极结构芯片频率响应测试装置，其特征在于，所述测试平台还包括背地电极和载体，所述背地电极上表面和所述载体的下表面相连接，用于电磁场屏蔽。

3.根据权利要求2所述的异面电极结构芯片频率响应测试装置，其特征在于，所述载体具有一定的热导性和绝缘性，其制备材料为氮化铝或三氧化二铝。

4.根据权利要求1所述的异面电极结构芯片频率响应测试装置，其特征在于，所述的共面波导传输线结构包括第一地电极、信号电极和第二地电极，电极宽度和间距等结构参数按照实际需要进行没计，并依次平铺于所述载体上，形成G-S-G结构。

5.根据权利要求4所述的异面电极结构芯片频率响应测试装置，其特征在于，所述的信号电极上表面的一端与所述异面电极结构芯片的下电极相接。

6.根据权利要求4所述的异面电极结构芯片频率响应测试装置，其特征在于，所述的多根金丝将所述异面电极结构芯片的上电极与所述第一地电极、第二地电极之间实现最短连接。

7.根据权利要求6所述的异面电极结构芯片频率响应测试装置，其特征在于，所述的多根金丝两端分别打点到所述第一地电极和第二地电极上，其中间位置打点到所述异面电极结构芯片的上电极上。

8.根据权利要求4所述的异面电极结构芯片频率响应测试装置，其特征在于，所述的探针为G-S-G共面微波探针，与所述的第一地电极、信号电极和第二地电极直接接触，用于向所述异面电极结构芯片传递所述矢量网络分析仪的电信号。

9.根据权利要求1所述的异面电极结构芯片频率响应测试装置，其特征在于，所述的探测器利用光纤耦合接收所述异面电极结构芯片发出的光信号，用于将所述的光信号转换为电信号并传递到矢量网络分析仪。

10.根据权利要求1所述的异面电极结构芯片频率响应测试装置，其特征在于，所述的矢量网络分析仪分别与所述的探针和探测器相连，用于将向探针传输的电信号和接收探测器的电信号进行对比分析得到测试结果。