本發(fā)明涉及光電子器件領(lǐng)域，尤其涉及一種異面電極結(jié)構(gòu)芯片頻率響應(yīng)的測試裝置。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體激光器芯片的頻率響應(yīng)是決定芯片應(yīng)用能力的重要參數(shù)之一，如何精確測試芯片的頻率響應(yīng)是進(jìn)行芯片篩選和優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。目前，采用異面電極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器芯片，無法直接使用商用的共面微波探針接觸芯片電極進(jìn)行測量。

因此，對于異面電極結(jié)構(gòu)芯片的頻率響應(yīng)測試，就需要通過專門設(shè)計的測試結(jié)構(gòu)，將芯片的異面電極轉(zhuǎn)換至共面電極，再用共面微波探針接觸共面電極進(jìn)行測量。其中，測試結(jié)構(gòu)組成部分(例如測試載體和金絲)由于寄生電容或電感效應(yīng)，也是頻率相關(guān)元件，其截止頻率與其尺寸、結(jié)構(gòu)相關(guān)，會對芯片截止頻率的測試產(chǎn)生一定影響。只有當(dāng)測試結(jié)構(gòu)組成部分的截止頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于待測芯片截止頻率時，測試結(jié)果才近似于待測芯片頻率響應(yīng)；而當(dāng)其截止頻率接近甚至低于待測芯片截止頻率時，測試結(jié)果就不能真實反映芯片頻率響應(yīng)。因此，為了盡可能減小引入的寄生參數(shù)影響，降低高頻傳輸損耗，提高測試結(jié)構(gòu)組成部分的截止頻率，使得測試結(jié)果不受芯片以外因素限制，達(dá)到精確獲取待測芯片頻率響應(yīng)的目的，如何更好地設(shè)計芯片測試裝置的測試結(jié)構(gòu)具有非常關(guān)鍵的實際應(yīng)用意義。

本發(fā)明通過專門設(shè)計的異面結(jié)構(gòu)芯片測試結(jié)構(gòu)平臺，結(jié)合共面波導(dǎo)傳輸線結(jié)構(gòu)，采用多根金絲實現(xiàn)電極之間的最短連接，使得測試結(jié)構(gòu)的截止頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于待測芯片的頻率響應(yīng)，即所測芯片的頻率響應(yīng)結(jié)果更加精確和真實。這在光電子器件的高頻測試領(lǐng)域中具有非常重要的實際意義，鑒于高速半導(dǎo)體激光器芯片的迅速發(fā)展，本發(fā)明也具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

異面電極結(jié)構(gòu)芯片的頻率響應(yīng)測試過程中，測試結(jié)構(gòu)(例如測試載體和金絲)因寄生電容或電感效應(yīng)，同時也是頻率相關(guān)元件，其尺寸和結(jié)構(gòu)關(guān)系會影響其本身的截止頻率。如果測試結(jié)構(gòu)的截止頻率不能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于待測芯片的截止頻率，測試結(jié)果就不能真實反映芯片頻率響應(yīng)。

(二)技術(shù)方案

為了能夠解決上述問題，精確地獲得異面電極結(jié)構(gòu)芯片的高頻特性，本發(fā)明提出了一種異面電極結(jié)構(gòu)芯片頻率響應(yīng)測試裝置，包括：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、探針、探測器，其中，還包括一個測試平臺，測試平臺包括共面波導(dǎo)傳輸線和多根金絲。

測試平臺還包括背地電極和載體，背地電極上表面和載體的下表面相連接，用于電磁場屏蔽。

載體具有一定的熱導(dǎo)性和絕緣性，其制備材料為氮化鋁或三氧化二鋁。載體根據(jù)被測芯片的尺寸制備合適大小的地電極-信號電極-地電極(G-S-G)的共面波導(dǎo)傳輸線結(jié)構(gòu)，該傳輸線結(jié)構(gòu)的特征阻抗為50歐姆。

共面波導(dǎo)傳輸線結(jié)構(gòu)包括第一地電極、信號電極和第二地電極，電極寬度和間距等結(jié)構(gòu)參數(shù)按照實際需要，例如傳輸線結(jié)構(gòu)的特征阻抗50歐姆進(jìn)行設(shè)計，并依次平鋪于所述載體上，形成G-S-G結(jié)構(gòu)。

信號電極上表面的一端與異面電極結(jié)構(gòu)芯片的下電極相接，該芯片可利用共晶焊接的方式固定，使得芯片的下電極與信號電極實現(xiàn)良好的歐姆接觸。

多根金絲將異面電極結(jié)構(gòu)芯片的上電極與所述第一地電極、第二地電極之間實現(xiàn)最短連接。

多根金絲兩端分別打點到第一地電極和第二地電極上，其中間位置打點到異面電極結(jié)構(gòu)芯片的上電極上，可使用球形壓焊機(jī)或楔形壓焊機(jī)實現(xiàn)金絲打點連接。

探針為G-S-G共面微波探針，與第一地電極、信號電極和第二地電極直接接觸，用于向異面電極結(jié)構(gòu)芯片傳遞矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的電信號。

探測器利用光纖耦合接收異面電極結(jié)構(gòu)芯片發(fā)出的光信號，用于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號并傳遞到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀分別與探針和探測器相連，用于將向探針傳輸?shù)碾娦盘柡徒邮仗綔y器的電信號進(jìn)行對比分析得到測試結(jié)果。

(三)有益效果

為了精確地獲得異面電極結(jié)構(gòu)芯片的高頻特性，本發(fā)明提供了一種頻率響應(yīng)測試裝置，包括：探針、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、探測器，其中，還包括一個測試平臺，該測試平臺結(jié)合共面波導(dǎo)傳輸線結(jié)構(gòu)，更好的傳輸高頻信號；另外采用金絲實現(xiàn)電極之間的最短連接，降低了高頻傳輸損耗，使得高頻傳輸特性更好。最終使得測試結(jié)構(gòu)的截止頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于待測芯片的頻率響應(yīng)，即得到了精確真實的芯片的響應(yīng)頻率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提出的具體實施例1中異面電極結(jié)構(gòu)芯片的頻率響應(yīng)測試裝置結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖；

圖2是本發(fā)明提出的具體實施例1中異面電極結(jié)構(gòu)芯片的頻率響應(yīng)測試裝置的測試平臺三維立體圖；

圖3是本發(fā)明提出的具體實施例1中異面電極結(jié)構(gòu)芯片的頻率響應(yīng)測試裝置的測試平臺俯視圖；

圖4是本發(fā)明提出的具體實施例1中異面電極結(jié)構(gòu)芯片的頻率響應(yīng)測試裝置的測試平臺左視圖。

其中，1是第一地電極，2是信號電極，3是第二地電極，4是載體，5是異面電極結(jié)構(gòu)芯片，6是金絲，7是背地電極，8是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，9是探針，10是探測器，11是測試平臺。

具體實施方式

本發(fā)明提出一種異面電極結(jié)構(gòu)芯片頻率響應(yīng)測試裝置，其包括：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、探針、探測器。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀用于輸出電信號(例如高頻信號和偏置電流)到探針；探針用于向異面電極結(jié)構(gòu)芯片傳遞矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的電信號；探測器利用光纖耦合接收異面電極結(jié)構(gòu)芯片發(fā)出的光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號傳遞到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。

本發(fā)明提出的測試裝置還包括一個測試平臺，該測試平臺包括共面波導(dǎo)傳輸線和多根金絲，共面波導(dǎo)傳輸線包括多個電極，多根金絲用于連接異面電極結(jié)構(gòu)芯片和共面波導(dǎo)傳輸線的電極。

共面波導(dǎo)傳輸線是傳輸高頻測試信號的重要部分，本發(fā)明采用接地共面波導(dǎo)傳輸線結(jié)構(gòu)，在載體上表面和下表面制備接地電極，具有更大的接地面積，相比于微帶線結(jié)構(gòu)，共面波導(dǎo)傳輸線在毫米波段的色散更低，損耗更小，具有更寬的有效帶寬，這有利于獲取精確的芯片高頻響應(yīng)。

金絲的數(shù)量為兩根，在鍵合工藝條件可行情況下越多越好。與單根金絲相比，并聯(lián)多根金絲可以在一定程度上降低寄生效應(yīng)，并且已有實驗證明，多根金絲并聯(lián)的傳輸特性優(yōu)于單根金絲，其反射更小，傳輸高頻的能力更強(qiáng)。

此外，測試平臺還可包括載體和背地電極，載體為AlN等導(dǎo)熱介質(zhì)材料，一方面作為共面波導(dǎo)傳輸線的介質(zhì)載體，另一方面用于疏導(dǎo)芯片工作時產(chǎn)生的熱量。背地電極用于電磁屏蔽。

本發(fā)明提出的異面電極結(jié)構(gòu)芯片是指信號電極和地電極分布在上下表面的半導(dǎo)體芯片，包括半導(dǎo)體激光器芯片在內(nèi)，對于其他異面電極結(jié)構(gòu)的光探測器、光調(diào)制器等光電子芯片或微波放大器、濾波器等微電子芯片，本發(fā)明的頻率響應(yīng)測試裝置同樣適用。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，其為異面電極結(jié)構(gòu)芯片的頻率響應(yīng)測試裝置結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖，其測試芯片為異面電極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器芯片，該測試裝置包括矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀8、探針9、探測器10和測試平臺11。其中，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀8和探針9采用同軸電纜進(jìn)行連接，以便將矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀8輸出的高頻信號和偏置電流發(fā)送到探針9；矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀8和探測器10也通過同軸電纜進(jìn)行連接，以接收探測器10的電信號。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀8通過綜合分析對比，得到精確的異面電極結(jié)構(gòu)芯片的頻率響應(yīng)。

圖2、圖3、圖4是異面電極結(jié)構(gòu)芯片的頻率響應(yīng)測試裝置的測試平臺三維立體圖、俯視圖和左視圖。測試平臺11包括：共面波導(dǎo)傳輸線結(jié)構(gòu)(即G-S-G結(jié)構(gòu))、金絲6兩根、異面電極結(jié)構(gòu)芯片5一個、載體4和背地電極7。其中，采用的異面電極結(jié)構(gòu)芯片5的外形尺寸為250μm×250μm×100μm。

共面波導(dǎo)傳輸線結(jié)構(gòu)主要包括：第一地電極1、信號電極2，第二地電極3，因共面波導(dǎo)傳輸線結(jié)構(gòu)的特征阻抗為50歐姆，根據(jù)所采用芯片的尺寸大小，所以第一地電極1、信號電極2和第二地電極3依次以250μm的相同間距平鋪于載體4上。其中，第一地電極1、信號電極2、第二地電極2的制備材料均為金材料，通過蒸鍍工藝在載體4上表面制備得到，尺寸均為長500μm，寬250μm，高10μm。一般來說，芯片的范圍在90-250μm之間，信號電極2的寬度大于等于芯片寬度即可。

載體4的制備材料為具有良好熱導(dǎo)性和絕緣性的氮化鋁，本具體實施例利用AppCAD軟件仿真，載體的高度設(shè)定為250μm，輸入氮化鋁的介電常數(shù)值和信號電極的寬度等參數(shù)，得到其溝道寬度為250μm。共面波導(dǎo)傳輸線的長度比采用的異面電極結(jié)構(gòu)芯片5的長度稍長，允許芯片5焊接后傳輸線另一端具有探針9接觸的測試空間即可，從而降低傳輸線的傳輸損耗。因此，我們制作的載體4長1250μm，寬600μm，高250μm。

測試平臺11還包括組成材料為金材料的背地電極7，背地電極7上表面和載體4的下表面相連接，用于電磁場屏蔽。通過蒸鍍工藝在載體4下表面制備得到，其具體長寬尺寸和載體4一致，具體為長1250μm，寬600μm，厚度為10μm。

一般來說，芯片5的范圍在90-250μm之間，信號電極2寬度大于等于芯片5寬度即可，具體實施例1中信號電極2寬度為250μm，其上表面的一端與所采用的異面電極結(jié)構(gòu)芯片5的下電極相接，該芯片5利用共晶焊接的方式固定，使得芯片5的下電極與信號電極2實現(xiàn)良好的歐姆接觸。

兩根金絲6將異面電極結(jié)構(gòu)芯片5的上電極與所述第一地電極1、第二地電極3之間實現(xiàn)最短連接。兩根金絲6兩端分別打點到第一地電極1和第二地電極2上，其中間位置打點到異面電極結(jié)構(gòu)芯片5的上電極上，使用楔形壓焊機(jī)實現(xiàn)金絲打點連接。

綜上，結(jié)合附圖2、圖3、圖4，能夠完整、清晰地對該測試裝置的測試平臺11主要結(jié)構(gòu)予以了介紹。如圖1所示，探針9為G-S-G共面微波探針，與第一地電極1、信號電極2和第二地電極3直接接觸，用于向異面電極結(jié)構(gòu)芯片5傳遞矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀8的高頻信號和偏置電流。另外，探測器10利用光纖耦合接收異面電極結(jié)構(gòu)芯片5發(fā)出的光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號傳遞到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀8。

為了進(jìn)一步明確本發(fā)明所述的技術(shù)方案，本發(fā)明根據(jù)具體實施例提出一種異面電極結(jié)構(gòu)芯片頻率響應(yīng)的測試方法如下：

1、待測異面電極結(jié)構(gòu)芯片5放置到測試平臺11，并使用金絲連接好；

2、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀8通過探針9向測試平臺11發(fā)送高頻信號和偏置電流；

3、待測芯片5發(fā)光，通過探測器10將待測芯片5發(fā)出的光信號轉(zhuǎn)換成電信號傳遞到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀8；

4、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀8對發(fā)出的電信號和接收的電信號進(jìn)行綜合分析，得到待測芯片5的準(zhǔn)確頻率響應(yīng)。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。