DE102009027677B4

DE102009027677B4 - Tastkopf und Verfahren zu seiner Verwendung

Info

Publication number: DE102009027677B4
Application number: DE102009027677.7A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Mörl
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2019-09-05
Anticipated expiration: 2029-07-15
Also published as: DE102009027677A1; WO2011006855A1

Abstract

Tastkopf (1), enthaltend zumindest einen ersten Anschluss (21) mit einer ersten Impedanz und zumindest einen zweiten Anschluss (23) mit einer zweiten Impedanz und einer Einrichtung (11) zur Impedanzanpassung, welche die erste Impedanz in die zweite Impedanz überführt, wobei der Tastkopf zumindest einen dritten Anschluss (20) enthält, über welchen elektrische Energie zuführbar ist und die Einrichtung zur Impedanzanpassung (11) zumindest ein aktives Halbleiterbauelement (12) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Energie am zweiten Anschluss (23) bereitstellbar ist, um das zu überprüfende Halbleiterbauelement (60) mit einer Versorgungsspannung und/oder einem Versorgungsstrom zu versorgen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tastkopf, enthaltend zumindest einen ersten Anschluss mit einer ersten Impedanz und zumindest einen zweiten Anschluss mit einer zweiten Impedanz und einer Einrichtung zur Impedanzanpassung, welche die erste Impedanz in die zweite Impedanz überführt.
Tastköpfe der eingangs genannten Art werden verwendet, um Halbleiterbauelemente zu kontaktieren, welche auf einem Halbleitersubstrat angeordnet sind. Dadurch können vorgebbare elektrische Eigenschaften vor der endgültigen Fertigstellung des Halbleiterbauelementes zur Prozesskontrolle und/oder zur Endkontrolle überprüft werden.
Aus der US 2006/0061348 A1 ist bekannt, innerhalb des Tastkopfes passive Bauelemente wie beispielsweise Widerstände, Induktivitäten und Kapazitäten einzusetzen, um die Impedanz des zu überprüfenden Bauelementes an die Impedanz des für die Untersuchung des Halbleiterbauelementes verwendeten Messgerätes anzupassen. Nachteilig an diesen Tastköpfen ist jedoch, dass die Bauelemente zur Impedanzanpassung die dem Halbleiterbauelement zugeführten Messsignale frequenzabhängig bedämpfen können. Auf diese Weise können Messungen frequenzabhängig verfälscht werden oder sogar unmöglich gemacht werden. Sofern der Tastkopf auch dazu verwendet wird, dem Halbleiterbauelement eine Betriebsspannung zuzuführen, kann innerhalb des Tastkopfes eine Verlustleistung auftreten, welche die übertragbare elektrische Leistung begrenzt.
Die DE 11 2004 002 554 T5 schlägt vor, zur Verminderung der Fehlanpassung zwischen Messgerät und Halbleiterbauelement einen integrierten Schaltkreis einzusetzen, welcher an der Spitze des Tastkopfes möglichst nahe an der Kontaktspitze angeordnet ist. Eine solche aktive Impedanzanpassung soll eine gegenüber passiven RC-Netzwerken verbesserte Wirkung erzielen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Tastkopf bereitzustellen, welcher Messungen in einem gegenüber dem Stand der Technik vergrößerten Frequenzbereich aufweist und Reflexionen zum Messgerät zumindest vermindert. Weiterhin soll der Tastkopf die Übertragung einer gegenüber dem Stand der Technik vergrößerten elektrischen Leistung zum zu untersuchenden Halbleiterbauelement ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Tastkopf gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Impedanzanpassung zwischen einem ersten Anschluss des Tastkopfes mit einer ersten Impedanz und einem zweiten Anschluss des Tastkopfes mit einer zweiten Impedanz durch eine Halbleiterschaltung vorzunehmen, welche zumindest ein aktives Halbleiterbauelement enthält. Als aktives Halbleiterbauelement soll dabei ein Bauelement verstanden werden, welches selbst elektrische Energie aufnimmt und dabei eine Verstärkung, eine Regelung, eine Steuerung, eine A/D-Wandlung, eine D/A-Wandlung oder eine ähnlich Manipulation eines Eingangssignals in ein Ausgangssignal ermöglicht.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das zumindest eine aktive Halbleiterbauelement ein Bipolartransistor, ein Feldeffekttransistor oder eine an sich bekannte integrierte Schaltung mit mehreren solchen Bauelementen sein. Eine solche integrierte Schaltung kann einen Differenzverstärker, einen Darlington-Transistor, einen Instrumentenverstärker, einen Flip-Flop, einen Schmitt-Trigger oder jede andere, an sich bekannte Schaltung enthalten. Der genaue Typ und/oder die genaue Anzahl der aktiven Halbleiterbauelemente kann in unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung unterschiedlich sein und kann in Abhängigkeit der gewünschten Eingangsimpedanz, der Ausgangsimpedanz, der Signallaufrichtung, der Signalfrequenzen, dem Typ des zu überprüfenden Halbleiterbauelementes und weiteren Parametern angepasst werden. Daneben kann der Tastkopf weiterhin passive Bauelemente wie zum Beispiel Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten enthalten.
Zum Betrieb des mindestens einen aktiven Halbleiterbauelementes des Tastkopfes steht zumindest ein dritter Anschluss zur Verfügung, über welchen elektrische Energie zuführbar ist. Dabei wird unter einem dritten Anschluss im Sinne der vorliegenden Erfindung ein logischer Anschluss verstanden. Dies bedeutet, dass für den dritten Anschluss auch ein Steckverbinder oder eine Leitungsverbindung des ersten Anschlusses und/oder des zweiten Anschlusses genutzt werden kann. Selbstverständlich kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung jedoch auch zumindest ein separater Anschlusskontakt bzw. Steckverbinder als dritter Anschluss vorgesehen sein.
Die über den dritten Anschluss zugeführte elektrische Energie wird einerseits zum Betrieb des mindestens einen aktiven Halbleiterbauelementes im Inneren des Tastkopfes verwendet. Daneben kann die über den dritten Anschluss zugeführte elektrische Energie auch über den ersten Anschluss und/oder den zweiten Anschluss zur Versorgung des daran angeschlossenen zu überprüfenden Halbleiterbauelementes bzw. Messgerätes verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist zwischen der Einrichtung zur Impedanzanpassung und dem ersten Anschluss eine erste Verbindungsleitung mit einer Impedanz zwischen etwa 50 Ohm und etwa 110 Ohm vorgesehen. Insbesondere beträgt die nominale Impedanz der ersten Verbindungsleitung 50 Ohm, 75 Ohm, 93 Ohm oder 110 Ohm. Auf diese Weise ist der reflexionsarme und/oder verlustarme Anschluss des Tastkopfes an gängige Messgeräte mit der genannten Eingangs- bzw. Ausgangsimpedanz möglich. Als Mess- und/oder Prüfgerät kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein Verstärker, ein Oszilloskop, ein Transientenrecorder, ein Funktionsgenerator, einen Netzwerkanalysator oder ein ähnliches, an sich bekanntes Gerät Verwendung finden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen der Einrichtung zur Impedanzanpassung und dem zweiten Anschluss eine zweite Verbindungsleitung mit einer Impedanz zwischen etwa 5 Ohm und etwa 100 kOhm angeordnet sein. In diesem Fall ist der Wellenwiderstand des zweiten Anschlusses der Einrichtung zur Impedanzanpassung, der zweiten Anschlussleitung und des zu überprüfenden Halbleiterbauelementes aufeinander abgestimmt, sodass verbleibende Fehlanpassungen und dadurch entstehende Signalreflexionen minimiert werden. Hierzu kann in einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die zweite Verbindungsleitung kürzer ist als die Wellenlänge des beim Betrieb des Tastkopfes auf der zweiten Verbindungsleitung übertragenen Signals. Auf diese Weise können sich auf der zweiten Verbindungsleitung auch bei einer Fehlanpassung der Impedanz des zu überprüfenden Halbleiterbauelementes und der Impedanz des mit diesem verbundenen Anschluss des Tastkopfes keine stehenden Wellen auf der zweiten Verbindungsleitung ausbilden. Dadurch wird die Qualität des Messsignals verbessert und/oder die Einrichtung zur Impedanzanpassung und/oder das mit dem Tastkopf verbundene Messgerät vor Zerstörung gestützt.
Sofern das zu überprüfende Halbleiterbauelement eine vom Betriebszustand abhängige, wechselnde Impedanz aufweist, kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen sein, dass der mit dem zu überprüfenden Halbleiterbauelement verbindbare zweite Anschluss des Tastkopfes eine variable Impedanz aufweist, welche in Abhängigkeit des Betriebszustandes und/oder in Abhängigkeit des Typs des zu überprüfenden Halbleiterbauelementes angepasst wird. Sofern die Impedanz des zu überprüfenden Halbleiterbauelementes in Abhängigkeit der Arbeitsfrequenz variiert, kann vorgesehen sein, dass die Impedanz des zweiten Anschlusses in Abhängigkeit der Frequenz des am ersten Anschluss anliegenden Signals steuerbar ist.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Tastkopf einen vierten Anschluss aufweist, über welchen ein Steuersignal empfangbar ist, mit welchem die Impedanz des zweiten Anschlusses und/oder weitere elektrische Kenngrößen des Tastkopfes steuerbar und/oder regelbar sind. Die weiteren elektrischen Kenngrößen können beispielsweise eine auf dem zweiten Anschluss ausgegebene Biasspannung und/oder einen Biasstrom umfassen. Das Steuersignal kann in einigen Ausführungsformen ein Analogsignal sein, beispielsweise eine elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Steuersignal ein digital codiertes Signal sein, welches die im Tastkopf einzustellenden Parameter als Bitmuster zum Tastkopf überträgt. In diesem Fall enthält der Tastkopf weiterhin eine digitale Steuerschaltung wie beispielsweise einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller oder einen ASIC.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt:

1 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Tastkopfes.
2 zeigt die Verbindung eines erfindungsgemäßen Tastkopfes mit einem Halbleiterbauelement.
3 zeigt ein Flussdiagramm, welches das erfindungsgemäß vorgeschlagene Messverfahren illustriert.

1 zeigt den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Tastkopfes 1. Der Tastkopf 1 enthält ein Gehäuse 10, welches einen mechanischen Schutz für die Komponenten des Tastkopfes bieten kann. Weiterhin kann das Gehäuse 10 eine mechanische Fixierung der Anschlüsse des Tastkopfes ermöglichen. Schließlich kann das Gehäuse 10 zumindest eine Befestigungsvorrichtung aufweisen, beispielsweise einen Flansch, eine Anlagefläche, einen Bajonettverschluss, eine Gewindebohrung oder weitere, an sich bekannte Elemente. Mit dieser Befestigungseinrichtung kann der Tastkopf 1 in eine Einrichtung eingebaut werden, welche auch die relative Positionierung des Tastkopfes 1 und eines zu kontaktierenden Halbleiterbauelementes 60 ermöglicht. Daneben kann das Gehäuse 10 zur Abschirmung verwendet werden, um die EMV-Verträglichkeit des Tastkopfes 1 zu verbessern.
Der Tastkopf 1 weist zumindest einen ersten Anschluss 21 auf, mit welchem der Tastkopf 1 mit einem Messgerät elektrisch verbindbar ist. Das Messgerät kann beispielsweise ein Oszilloskop, ein Transientenrekorder, ein A/D-Konverter, eine Stromversorgungseinrichtung, ein Funktionsgenerator, ein Netzwerkanalysator oder ein anderes, an sich bekanntes Messgerät sein. Der Anschluss 21 kann zumindest einen zumindest einpoligen Steckverbinder enthalten. In einigen Ausführungen der Erfindung enthält der erste Anschluss 21 einen Steckverbinder mit definiertem Wellenwiderstand, beispielsweise einen Koaxialsteckverbinder.
Der Anschluss 21 ist mittels einer ersten Anschlussleitung 31 mit einem Anschluss einer Einrichtung zur Impedanzanpassung 11 verbunden. Dabei kann der ersten Anschluss 21, die erste Verbindungsleitung 31 und der dazugehörige Anschluss der Einrichtung 11 eine im Wesentlichen identische Impedanz aufweisen. Auf diese Weise werden Signalreflexionen wunschgemäß vermindert oder unterdrückt, wodurch der nutzbare Frequenzbereich des Tastkopfes steigt. Beispielsweise kann diese Impedanz 50 Ohm, 75 Ohm, 93 Ohm oder 110 Ohm betragen. Die Impedanz kann mit der Impedanz des mit dem ersten Anschluss 21 zu verbindenden Messgerätes übereinstimmen.
Weiterhin weist die Einrichtung 11 zumindest einen zweiten Anschluss 23 auf. Der zweite Anschluss 23 ist dazu vorgesehen, mit zumindest einem Kontaktelement eines zu überprüfenden Halbleiterbauelementes 60 verbunden zu werden. Hierzu kann der zweite Anschluss 23 zumindest ein Kontaktelement 42 aufweisen. Zur elektrischen und/oder mechanischen Verbindung des zweiten Anschlusses 23 mit der Einrichtung 11 steht eine zweite Verbindungsleitung 33 zur Verfügung.
Die zweite Verbindungsleitung 33 weist dabei einen ersten Abschnitt 40 auf, welcher sich innerhalb des Gehäuses 10 befindet. Weiterhin kann die zweite Verbindungsleitung 33 einen zweiten Abschnitt 41 aufweisen, welcher sich außerhalb des Gehäuses 10 befindet. Der erste Abschnitt 40 und der zweite Abschnitt 41 der zweiten Verbindungsleitung 33 kann denselben Wellenwiderstand bzw. dieselbe Impedanz aufweisen, wobei darauf hinzuweisen ist, dass auch nominal identische Impedanzen einen Toleranzbereich aufweisen können, welche eine mathematisch exakte Übereinstimmung verhindern. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Impedanz des ersten Abschnittes 40 und des zweiten Abschnittes 41 voneinander abweichen. Eine solche Abweichung kann insbesondere dadurch entstehen, dass der zweite Abschnitt 41 an die Geometrie des Kontaktelementes 42 angepasst ist, welche von der Geometrie des zweiten Anschlusses der Einrichtung 11 abweicht.
Weiterhin weist der Tastkopf 1 einen dritten Anschluss 20 auf, welcher über eine dritte Verbindungsleitung 30 mit der Einrichtung 11 verbunden ist. Der dritte Anschluss 20 ist dazu vorgesehen, der Einrichtung 11 elektrische Energie zuzuführen. Dies umfasst insbesondere die elektrische Energie, welche zum Betrieb der Einrichtung 11 von dieser verbraucht wird. Daneben kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen sein, dass elektrische Energie am zweiten Anschluss 23 bereitgestellt wird, um das zu überprüfende Halbleiterbauelement 60 mit einer Versorgungsspannung und/oder einem Versorgungsstrom zu versorgen.
Es ist darauf hinzuweisen, dass der dritte Anschluss 20 im Sinne der vorliegenden Erfindung lediglich ein logischer Anschluss ist. Dies bedeutet, dass der dritte Anschluss 20 nicht in jeder Ausführungsform der Erfindung einen eigenen Steckverbinder bzw. eine eigene metallische Leitungsverbindung aufweisen muss. Vielmehr kann der dritte Anschluss 20 und der erste Anschluss 21 zu einem physisch gemeinsamen Anschluss kombiniert werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen der Einrichtung 11 und dem dritten Anschluss 20 ein Tiefpassfilter angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Tastkopf 1 über einen vierten Anschluss 22 verfügen. Der vierte Anschluss 22 kann insbesondere dazu vorgesehen sein, das Verhalten der Einrichtung 11 zu beeinflussen. Hierzu kann dem Anschluss 22 ein analog oder digital codiertes Signal zugeführt werden, welches über die vierte Verbindungsleitung 32 die Einrichtung 11 erreicht und von der Einrichtung 11 decodiert wird. Auf diese Weise kann beispielsweise die Impedanz des ersten Anschlusses 21 und/oder die Impedanz des zweiten Anschlusses 23 verändert werden. Weiterhin kann die über den zweiten Anschluss 23 ausgegebene Versorgungsspannung und/oder der Versorgungsstrom durch Steuerung oder Regelung an vorgebbare Sollwerte angepasst werden. Daneben kann vorgesehen sein, die Richtung des Datenflusses zwischen dem ersten Anschluss 21 und dem zweiten Anschluss 23 zu verändern, die Eigenschaften eines Verstärkers zu beeinflussen oder weitere Bestandteile der Einrichtung 11 zu kontrollieren.
Die Verbindungsleitungen 30, 31, 32 und 33 können in an sich bekannter Weise als Koaxialleitung, als Koplanarleitung, als Mikrostreifenleitung oder als optische Wellenleiter ausgeführt sein. Jede der genannten Verbindungsleitungen kann eine oder mehrere elektrische Leiter aufweisen. Die in 1 dargestellte Anzahl an Verbindungsleitungen ist lediglich beispielhaft zu verstehen.
Die Einrichtung 11 zur Impedanzanpassung enthält zumindest ein aktives Halbleiterbauelement wie beispielsweise eine Diode, einen Bipolartransistor oder einen Feldeffekttransistor. Die Einrichtung 11 kann dabei eine Schaltung enthalten, welche an das zu untersuchende Halbleiterbauelement angepasst ist. Die Einrichtung 11 kann eine Treiberschaltung enthalten, welche auch im regulären Betrieb des Halbleiterbauelementes zusammen mit diesem in einem Gehäuse oder auf einem Schaltungsträger eingesetzt ist. Auf diese Weise erfolgt die Signalanpassung zwischen dem ersten Anschluss 21 und dem zweiten Anschluss 23 mit der bestmöglichen Qualität. Insbesondere kann eine Frequenzabhängigkeit der Impedanzanpassung durch die Einrichtung 11 kompensiert werden.
Daneben kann die Einrichtung 11 weitere Funktionen übernehmen, beispielsweise die Umsetzung eines modulierten Spannungssignals in ein moduliertes Stromsignal, eine Verstärkung eines empfangenen Eingangssignals, die Umsetzung eines optischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal oder umgekehrt, eine Analog/Digital-Wandlung, eine Digital/Analog-Wandlung oder weitere, hier nicht explizit genannte Funktionen.
2 zeigt schematisch ein zu überprüfendes Halbleiterbauelement 60. Das Halbleiterbauelement 60 kann beispielsweise ein Halbleiterlaser, ein Modulator, eine Photodiode, eine Verstärkerschaltung, ein DRAM oder ein beliebiges anderes Halbleiterbauelement sein. Das Halbleiterbauelement 60 kann InP enthalten. Die Überprüfung kann als Endkontrolle nach der Prozessierung des Halbleitersubstrates mit dem zumindest einem darauf angeordneten Halbleiterbauelementes 60 erfolgen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Überprüfung auch als Prozesskontrolle erfolgen, nachdem nur einige der vorgesehenen Prozessschritte während der Herstellung eines Halbleiterbauelementes durchgeführt wurden. Die Überprüfung kann die Bestimmung einer Verstärkung, eines Schichtwiderstandes, einer Ausgangsleistung, eines Frequenzganges oder eines anderen Parameters enthalten.
Zur Kontaktierung des Halbleiterbauelementes 60 weist dieses zumindest einen Anschlusskontakt 61 auf. Die Anzahl der Anschlusskontakte 61 bestimmt sich dabei nach der Art des Halbleiterbauelementes 60. Die in 2 dargestellten drei Anschlusskontakte 61 sind lediglich beispielhaft gewählt und können in anderen Ausführungsformen der Erfindung durch eine größere oder eine kleinere Anzahl ersetzt werden. Die Anschlusskontakte 61 können dazu vorgesehen sein, das Halbleiterbauelement 60 nach dessen Fertigstellung mit den Anschlusskontakten eines Gehäuses oder eines in diesem Gehäuse verbauten weiteren Halbleiterbauelementes zu verbinden, beispielsweise mittels eines Bonddrahtes oder einer Lötperle. Die Anschlusskontakte 61 können jedoch auch nur temporär zur Durchführung eines Mess- oder Prüfschrittes aufgebracht sein und in nachfolgenden Fertigungsschritten des Halbleiterbauelementes 60 wieder entfernt werden.
Zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauelementes 60 mit dem zweiten Anschluss 23 des Tastkopfes 1 weist der zweite Anschluss 23 eine Mehrzahl von Kontaktelementen 42 auf. Die Kontaktelemente 42 können in gleicher Anzahl und/oder in gleicher geometrischer Anordnung vorliegen wie die Kontaktelemente 61. Auf diese Weise kann durch eine lineare Bewegung und/oder eine Schwenkbewegung des Tastkopfes 1 und des Halbleiterbauelementes 60 ein Kontakt zwischen den Kontaktelementen 42 und den Anschlusskontakten 61 hergestellt werden. Zur Ausführung einer solchen Bewegung kann der Tastkopf 1 in einer Vorrichtung mit einem Spindelantrieb oder einem Piezoantrieb eingesetzt sein.
Nach der Herstellung des Kontaktes zwischen dem zweiten Anschluss 23 des Tastkopfes 1 und dem Halbleiterbauelement 60 kann die gewünschte Messung am Halbleiterbauelement 60 ausgeführt werden.
3 zeigt in Form eines Flussdiagramms die Durchführung des erfindungsgemäßen Messverfahrens. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt 51 zumindest ein Anschlusskontakt eines Messgerätes mit zumindest einem ersten Anschluss 21 des Tastkopfes 1 verbunden.
Nachfolgend wird in einem zweiten Verfahrensschritt 52 zumindest ein Anschlusskontakt 61 von zumindest einem Halbleiterbauelement 60 mit zumindest einem zweiten Anschluss 23 eines Tastkopfes 1 verbunden, wie in Zusammenhang mit 2 beschrieben.
Zu Beginn der Messung wird im dritten Verfahrensschritt 53 dem Tastkopf 1 elektrische Energie zugeführt. Hierzu steht am Tastkopf 1 ein dritter Anschluss 20 zur Verfügung, wie in Zusammenhang mit 1 beschrieben.
In einem optionalen Verfahrensschritt 54 kann dem Tastkopf 1 bzw. der im Tastkopf 1 enthaltenen Einrichtung 11 ein Steuersignal in analoger oder digitaler Form zugeführt werden, um das Verhalten der Einrichtung 11 an ein gewünschtes Sollverhalten anzupassen.
Nach diesen vorbereitenden Verfahrensschritten wird schließlich im Verfahrensschritt 55 die Messung am zu überprüfenden Halbleiterbauelement durchgeführt. Währenddessen passt die Einrichtung 11 zumindest die Impedanz des ersten Anschlusses 21 an die Impedanz des zweiten Anschlusses 23 an. Daneben kann die Einrichtung 11 weitere Signalanpassungen bzw. Umsetzungen vornehmen.
Selbstverständlich können in anderen Ausführungsformen der Erfindung die Verfahrensschritte 51, 52, 53 und 54 auch in anderer Reihenfolge durchgeführt werden. Insbesondere kann bei der Durchführung mehrerer ähnlicher Messungen unmittelbar hintereinander auch der eine oder andere der genannten Verfahrensschritte entfallen.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Ausführungsbeispiel 1
Im ersten Ausführungsbeispiel soll das zu überprüfende Halbleiterbauelement einen Halbleiterlaser enthalten. Der Halbleiterlaser weist dabei eine Impedanz von etwa 5 Ohm bis etwa 15 Ohm auf. Der Halbleiterlaser benötigt zu seinem Betrieb einen Biasstrom von etwa 50 mA bis etwa 80 mA. Zur Modulation des emittierten Lichtes wird ein moduliertes Signal mit einer Stromamplitude von etwa 30 mA bis etwa 40 mA auf den Biasstrom aufmoduliert. Die Modulationsfrequenz kann zwischen 10 MHz und 25 GHz betragen. Die Modulation soll durch ein Eingangssignal gesteuert werden, sodass das vom Laser ausgesandte Licht eine der Modulation des Eingangssignals entsprechende Modulation aufweist.
Das Eingangssignal wird mittels eines Funktionsgenerators erzeugt, welcher ein Rechtecksignal mit vorgebbarer Bandbreite, Pulsdauer und Spannungsamplitude aufweist. Beispielsweise kann die minimale Spannung des Eingangssignals etwa 0 V betragen und die maximale Spannung des Eingangssignals auf maximal 10 V, maximal 5 V, maximal 3,3 V oder maximal 1,5 V begrenzt sein. Der Funktionsgenerator stellt das Eingangssignal des Halbleiterlasers an einem koaxialen Ausgang mit einer nominalen Impedanz von 50 Ohm bereit.
Zur Durchführung der Messung an dem beschriebenen Halbleiterlaser wird ein Tastkopf gemäß 1 verwendet. Der Tastkopf 1 weist dabei einen ersten Eingang 21 auf, welcher eine nominale Impedanz von 50 Ohm aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, das Ausgangssignal des Funktionsgenerators zu empfangen.
Weiterhin weist der Tastkopf 1 einen zweiten Anschluss 23 auf, welcher eine Impedanz von etwa 5 Ohm bis etwa 15 Ohm aufweist, welche entweder der Impedanz des Halbleiterlasers entspricht oder zumindest die Fehlanpassung zwischen der Impedanz des Halbleiterlasers und der Impedanz des Funktionsgenerators vermindert.
Zur Umsetzung der Impedanz wird eine Einrichtung 11 verwendet, welche einen vergleichbaren Aufbau aufweist wie an sich bekannte Treibermodule, welche beim Einsatz eines Halbleiterlasers zusammen mit diesem im selben Gehäuse und/oder auf demselben Schaltungsträger oder derselben Flachbaugruppe verbaut sind. Dies bedeutet, dass die Einrichtung 11 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auch dazu eingerichtet ist, den erforderlichen Biasstrom von etwa 50 mA bis etwa 80 mA zum Betrieb des Halbleiterlasers bereitzustellen und das vom Funktionsgenerator empfangene Spannungssignal in ein Stromsignal mit einer Amplitude von etwa 30 mA bis etwa 40 mA umzusetzen.
Ausführungsbeispiel 2
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel soll mittels eines erfindungsgemäßen Tastkopfes 1 ein optischer Modulator kontaktiert werden. Der Modulator weist dabei einen Wellenleiter auf, welcher in Abhängigkeit eines anliegenden elektrischen Feldes entweder optisch transparent ist oder eingekoppelte elektrische Leistung in einen elektrischen Strom wandelt.
Beispielsweise kann der Modulator dergestalt aufgebaut sein, dass dessen Wellenleiter bei einer anliegenden Spannung von etwa 0 V transparent ist. Bei einer anliegenden Spannung von etwa 4 V bis etwa 6 V kann durch die im Material des Wellenleiters induzierte elektronische Bandverbiegung eingekoppelte optische Leistung in einen elektrischen Strom gewandelt werden. Dadurch sinkt die am Ausgang zur Verfügung stehende optische Leistung. Entsprechend erfordert der Modulator eine Biasspannung von etwa 2 V und ein Modulationssignal mit einer Spannungsamplitude von etwa 2 bis 4 V_pp. Da der im Modulator fließende elektrische Strom von der anliegenden Spannung abhängig ist, wechselt die Impedanz des Modulators in Abhängigkeit des anliegenden Signals.
Zur Ansteuerung des Modulators wird wiederum das Signal eines Funktionsgenerators verwendet, wie in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Entsprechend ist die Einrichtung 11 des im zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten Tastkopfes 1 dazu eingerichtet, eine Biasspannung von etwa 2 V am zweiten Anschluss 23 zur Verfügung zu stellen. Das über den ersten Anschluss 21 mit einer Impedanz von 50 Ohm empfangene Eingangssignal mit einer Spannung zwischen 0 V und 10 V wird in ein zur Ansteuerung des Modulators geeignetes Signal mit einer Amplitude zwischen etwa 2 V und etwa 4 V gewandelt. Hierzu weist die Einrichtung 11 eine entsprechende Verstärkerschaltung auf.
Weiterhin ist die Einrichtung 11 dazu eingerichtet, am zweiten Anschluss 23 eine Impedanz bereitzustellen, welche eine verbleibende Fehlanpassung an die Impedanz des elektrooptischen Modulators verringert. Dies kann beispielsweise eine Impedanz zwischen etwa 1000 Ohm bis etwa 5000 Ohm sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der zweite Anschluss 23 des Tastkopfes 1 eine variable Impedanz aufweisen, welche in Abhängigkeit des Eingangssignals anpassbar ist. Auch in diesem Ausführungsbeispiel verhält sich die Einrichtung 11 des Tastkopfes 1 identisch oder zumindest ähnlich wie ein an sich bekannter Treiberbaustein, welcher regelmäßig zusammen mit einem solchen optischen Modulator eingesetzt wird.
Ausführungsbeispiel 3
Im dritten Ausführungsbeispiel soll das zu untersuchende Halbleiterbauelement eine Photodiode enthalten. Die Photodiode soll ein moduliertes Lichtsignal empfangen. Hierzu wird an die Photodiode eine Biasspannung von etwa 3 V bis etwa 6 V angelegt. Auf der Photodiode eintreffende Photonen führen zu einem Stromfluss, welcher an den Anschlusskontakten der Photodiode als elektrisches Signal abgreifbar ist. Der in Abhängigkeit des optischen Eingangssignals wechselnde Strom führt wiederum zu einer wechselnden Impedanz, welche beispielsweise etwa 100 kΩ bis etwa 1 GΩ betragen kann.
Entsprechend wird zur Kontaktierung des Halbleiterbauelementes 60 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ein Tastkopf 1 verwendet, dessen Einrichtung 11 am zweiten Anschluss 23 eine Biasspannung von etwa 3 V bis etwa 6 V bereitstellen kann. Weiterhin weist der zweite Anschluss 23 eine Impedanz von etwa 100 kΩ bis etwa 1 GΩ auf. Der zweite Anschluss 23 ist weiterhin dazu eingerichtete, einen durch die Photodiode fließenden Strom zu detektieren.
Ein am zweiten Anschluss 23 erkanntes Signal wird mittels der Einrichtung 11 des Tastkopfes 1 verstärkt und über den ersten Anschluss ausgegeben. Der erste Anschluss kann dabei eine Impedanz von 50 Ohm aufweisen und mit dem Eingang eines Messgerätes verbunden sein, welcher ebenfalls eine Impedanz von 50 Ohm aufweist. Das Messgerät kann dazu eingerichtet sein, Rechteckimpulse mit einer Amplitude von 3.3 V, 1.5 V, 5 V oder 10 V zu verarbeiten. In diesem Fall kann die Einrichtung 11 des Tastkopfes 1 auch einen Diskriminator enthalten, welcher die am zweiten Anschluss 23 empfangenen Eingangssignale in normierte Rechtecksignale am ersten Anschluss 21 überführt.
Aufgrund der an das zu überprüfende Halbleiterbauelement 60 angepassten Funktionsweise der Einrichtung 11 des Tastkopfes 1 kann die elektrische Verlustleistung innerhalb des Tastkopfes 1 minimiert werden. Weiterhin kann der Tastkopf 1 auch bei hohen Frequenzen der Ein- oder Ausgangssignale eingesetzt werden, beispielsweise bei Frequenzen von mehr als 20 GHz, mehr als 40 GHz, mehr als 60 GHz oder mehr als 80 GHz.
Selbstverständlich können die dargestellten Ausführungsbeispiele variiert werden, um auf diese Weise weitere, unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung zu erhalten. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche „erste“ und „zweite“ Merkmale definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Claims

Tastkopf (1), enthaltend zumindest einen ersten Anschluss (21) mit einer ersten Impedanz und zumindest einen zweiten Anschluss (23) mit einer zweiten Impedanz und einer Einrichtung (11) zur Impedanzanpassung, welche die erste Impedanz in die zweite Impedanz überführt, wobei der Tastkopf zumindest einen dritten Anschluss (20) enthält, über welchen elektrische Energie zuführbar ist und die Einrichtung zur Impedanzanpassung (11) zumindest ein aktives Halbleiterbauelement (12) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Energie am zweiten Anschluss (23) bereitstellbar ist, um das zu überprüfende Halbleiterbauelement (60) mit einer Versorgungsspannung und/oder einem Versorgungsstrom zu versorgen.
Tastkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Einrichtung (11) zur Impedanzanpassung und dem ersten Anschluss (21) eine erste Verbindungsleitung (31) mit einer Impedanz zwischen 50 Ohm und 110 Ohm angeordnet ist.
Tastkopf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Einrichtung (11) zur Impedanzanpassung und dem zweiten Anschluss (23) eine zweite Verbindungsleitung (33) mit einer Impedanz zwischen 5 Ohm und 100000 Ohm angeordnet ist.
Tastkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verbindungsleitung (33) kürzer ist als die Wellenlänge des beim Betrieb des Tastkopfes (1) auf der zweiten Verbindungsleitung (33) übertragenen Signals.
Tastkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (11) zur Impedanzanpassung dazu eingerichtet ist, ein über den ersten Anschluss (21) mit einer Impedanz von 50 Ohm zuführbares Eingangssignal mit einer Spannung zwischen 0 V und 10 V in ein über den zweiten Anschluss (23) mit einer Impedanz von etwa 5 Ohm bis etwa 15 Ohm ausgebbares Ausgangssignal zu wandeln, welches eine Stromamplitude von etwa 30 mA bis etwa 40 mA und einem Biasstrom von etwa 50 mA bis etwa 80 mA aufweist.
Tastkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (11) zur Impedanzanpassung dazu eingerichtet ist, ein über den ersten Anschluss (21) mit einer Impedanz von 50 Ohm zuführbares Eingangssignal mit einer Spannung zwischen 0 V und 10 V in ein über den zweiten Anschluss (23) mit einer Impedanz von etwa 1000 Ohm bis etwa 5000 Ohm ausgebbares Ausgangssignal zu wandeln, welches eine Amplitude von etwa 2 V bis etwa 4 V und eine Biasspannung von etwa 1 V bis etwa 3 V aufweist.
Tastkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (11) zur Impedanzanpassung dazu eingerichtet ist, über den zweiten Anschluss (23) mit einer Impedanz von etwa 100 kOhm bis etwa 1 GOhm eine Biasspannung von etwa 3 V bis etwa 6 V auszugeben und ein über den zweiten Anschluss (23) empfangbares Eingangssignal in ein über den ersten Anschluss (21) mit einer Impedanz von 50 Ohm ausgebbares Ausgangssignal zu wandeln, welches eine Spannung zwischen 0 V und 10 V aufweist.
Tastkopf (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschluss (23) eine variable Impedanz aufweist, welche in Abhängigkeit der Frequenz des am ersten Anschluss (21) anliegenden Signals steuerbar ist.
Tastkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein vierter Anschluss (22) vorhanden ist, über welchen ein Steuersignal empfangbar ist, mit welchem die Impedanz des zweiten Anschlusses (23) und/oder die ausgegebene Biasspannung steuerbar oder regelbar ist.
Verwendung eines Tastkopfes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Kontaktierung eines optischen Modulators oder eines Halbleiterlasers oder einer Photodiode.
Verfahren zum Betrieb eines Halbleiterbauelementes (60), enthaltend die folgenden Schritte: - Verbinden (51) eines Anschlusskontaktes eines Messgerätes mit einem ersten Anschluss (21) mit einer ersten Impedanz eines Tastkopfes (1), - Kontaktieren (52) eines Anschlusskontaktes (61) des Halbleiterbauelementes (60) mit einem zweiten Anschluss (23) mit einer zweiten Impedanz des Tastkopfes (1), - Zufuhr (53) von elektrischer Energie zu dem Tastkopf (1), - Bereitstellen elektrischer Energie am zweiten Anschluss (23), um das Halbleiterbauelement (60) mit einer Versorgungsspannung und/oder einem Versorgungsstrom zu versorgen, - Überführen (55) der ersten Impedanz in die zweite Impedanz mittels einer Einrichtung zur Impedanzanpassung (11), welche zumindest ein aktives Halbleiterbauelement (12) enthält und im Tastkopf (1) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Einrichtung (11) zur Impedanzanpassung und dem ersten Anschluss (21) eine erste Verbindungsleitung (31) mit einer Impedanz zwischen 50 Ohm und 110 Ohm verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem die zweite Verbindungsleitung (33) zwischen dem Anschlusskontakt (61) und der Einrichtung zur Impedanzanpassung (11) kürzer ist als die Wellenlänge des auf der zweiten Verbindungsleitung (33) übertragenen Signals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei welchem ein über den ersten Anschluss (21) mit einer Impedanz von 50 Ohm zugeführtes Eingangssignal mit einer Spannung zwischen 0 V und 10 V in ein über den zweiten Anschluss (23) mit einer Impedanz von etwa 5 Ohm bis etwa 15 Ohm ausgegebenes Ausgangssignal gewandelt wird, welches eine Stromamplitude von etwa 30 mA bis etwa 40 mA und einem Biasstrom von etwa 50 mA bis etwa 80 mA aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei welchem ein über den ersten Anschluss (21) mit einer Impedanz von 50 Ohm zugeführtes Eingangssignal mit einer Spannung zwischen 0 V und 10 V in ein über den zweiten Anschluss (23) mit einer Impedanz von etwa 1000 Ohm bis etwa 5000 Ohm ausgegebenes Ausgangssignal gewandelt wird, welches eine Amplitude von etwa 2 V bis etwa 4 V und eine Biasspannung von etwa 1 V bis etwa 3 V aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei welchem über den zweiten Anschluss (23) mit einer Impedanz von etwa 100 kOhm bis etwa 1 GOhm eine Biasspannung von etwa 3 V bis etwa 6 V ausgegeben wird und ein über den zweiten Anschluss (23) empfangenes Eingangssignal in ein über den ersten Anschluss (21) mit einer Impedanz von 50 Ohm ausgegebenes Ausgangssignal gewandelt wird, welches eine Spannung zwischen 0 V und 10 V aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem die Impedanz des zweiten Anschlusses (23) in Abhängigkeit der Frequenz des am ersten Anschluss (21) anliegenden Signals gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, bei welchem dem Tastkopf (1) ein Steuersignal zugeführt wird (54), mit welchem die Impedanz des zweiten Anschlusses(23) und/oder die ausgegebene Biasspannung gesteuert oder geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, bei welchem das Halbleiterbauelement (60) einen optischen Modulator oder einen Halbleiterlaser oder eine Photodiode enthält.