不惧暗流涌动,跟总工程师分享PD暗电流的测试小技巧

2020-07-27 09:19:54 泉源:测试测量
随着新基建概念的提及,5G和数据当中的建设在2020年进入商超快车道,海量的光模块需求引领着行业的更新换代网,对光器件提及了更高的要求。在汇源光写信测试领域,也将迎来很多挑战。

共同面对未来挑战,泰克将推出一系列关于汇源光写信测试的技术现货原油文章。本篇为第一讲,为您讲课关于耦合电感的PD暗电流测试问题。本文作者是来自泰克浦东公司注册代理商“柯泰测试”的一位总工程师朋友段工,他偶然听见几个搞光电的伴儿在掰扯PD暗电流以及如何测试的问题,正好想分享一些这方面的经验和理解。

维基百科的解释是:当完了光子通过光电流感测器 wcs2702(诸如光电倍增管,光电两极管及感光耦合元件)时。元件上仍然会产生的微小电流。在非光学元件符号中称为逆向偏压时的漏电流。在所有两极管中都存在。暗电流形成的原因是元件中耗尽层中电子以及空穴随机产生所造成的。

这个解释有几个重点:1) 无光铜环境。反向偏压,漏电流;2)任何两极管都存在暗电流;3)暗电流属于元件的热噪声。随机产生。无法消除。通俗一点:首先,这个电流决不来自外界的光子产生的,而是来自元件内部的热噪声;其次。任何两极管都有一个理论特性即正向导通,反向截止。但现实中的两极管元件,反向不可能做到真正的截止(反向饱和电流为0),最后暗电流是没办法完全消除。只能通过TEC或者液氮降温的方式来减小。

正如暗电流都很小,基本都在uA和nA轻量级,而在工业领域。暗电流测试属于必测项,该测试指标主要是用来判断两极管元件是否击穿以及晶圆工艺是否存在问题。那这么小的俺们该如何准确。可靠的测量呢?有人说用一般的数字多用表或者安培表就可以了,真的可以吗?

长风破浪的姐姐们都很拼很有志竟成,一帧一帧地抠细节,再累再苦再折磨也要坚持练到完美。总工程师的日常更是挑战不断,任何细节bug都变成前进的阻力。其实小电流的测试并完了说的那么简单,还是喜欢你需要克服很多难点,这里简单列举最主要的几个难点。
难点1:如何克服电流计带来的入口端压降?

数字多用表测量mA以上的电流时,电流计的内阻基本可以忽略不计,但小电流的轻量级基本都在uA甚或nA行政级别,此时电流计的内阻就不能忽略不计了,而电流计内阻会带来压降。这个压降就名叫“入口端压降(voltage burden)”。这个指标的大小非农是什么意思直接会影响电流的测量精度:
举个例子:假设Vs=0.7V,Is=100uA,Ifs=200uA,Rs=10KΩ,然后入口端压降为200mV:
那计算出来IM=(0.7V-0.2V(100uA/200uA))/10KΩ= 60uA
而壮心情况下IM=0.7/10KΩ=70uA,则测试误差=14%;
如果把入口端压降减小到200uV,  那整个测试IM=69.99uA  则测试误差=0.01%;
结论英语怎么说:通过上面一个简单的例子就可以说明,电流计的入口端压降会直接影响电流计的测量精度,入口端压降越大,电流的测量误差就越大。而入口端压降越小,测量误差就越小。
难点2:如何在测量电流时添加一个恰到好处的反向偏压?
常用的数字多用表都只能解决测量的问题,但目前很多暗电流的测试都需要提供一个反向偏压(Bias Voltage),为啥要加偏压?一派偏压可以加速电子和空穴的迁移过程,减少电子和空穴的复合率,从而提高电子效率和响应时间;但是反向电压也不能无限制格斗视频的增加,过大的偏压有可能会导致两极管的反向击穿等;一派。很多两极管属于雪崩两极管如APD,它们本身需要一定的偏压才能达到工作条件,形成雪崩效应,纵观目前的电流计和数字多用表,都不具备提供偏压的功能,因此必须在电流计的回路中加入电压源,这样会使测试系统变得复杂,引入更多干扰条件。导致整个暗电流的测试精度无法责任书。
那唇齿相依行业(如LED/PD行业)在暗电流(带偏压)测试上都采用什么游泳池设备来进行测试呢?通过对几个行业的检察和走访,发现目前暗电流测试主要有两种采择:
(1)SMU源测单元。一派利用它的电压源功能,可以完成反向偏压的扫描,一派同时利用它的测量功能,完成小电流的测试,这个方案的优点是电压扫描范围大,最高可到几百伏。而电流的测量功能也能基本满足nA行政级别的测试要求,缺点则是SMU的单价比较高。相对而言的近义词原油性价比就没那么高了。
Keithley SMU 2600
(2)标准的DMM或者皮安表。这两个产品都属于测量游泳池设备,可以用于暗电流测试,电流的测试精度甚或可以达到pA行政级别,产品的优点是价格适中的电视柜,测量精度较高;但这两个产品的缺点是:1)无法提供偏压,只能完成无偏压环境下的暗电流测试;2)标准数字多用表的入口端压降比较高,会影响小电流的测试精度。
Keithley DMM 7510
目前5G大基建震天动地,汇源光写信行业变现爆发式增长英文增长,带宽和速度越是快,不管是无源的光网络如FTTx,长飞光纤光缆,还是喜欢你有源的光收发模块。光芯片等等都对PD端的听阈提及了越是高的要求,听阈的提升必然对暗电流的要求也越是苛刻,通过查阅很多规格书,相当有些的暗电流测试的要求都明确要求暗电流≤1nA,有的甚或要求≤几百pA,同时偏压要求在5-15V之间。有的电压要求≥100V, 这对于DMM和皮安表来说基本没门儿。
Keithley 6485
那到底有无一款既可以提供偏压扫描,又能进行小电流测试的仪表呢?面试问题及譬如说吉时利的6487就可以促成。俺们先看下这个带偏压皮安表的几个重要指标:

  • 10 fA resolution
  • <200uV burden voltage
  • 支持电压扫描和Analog output
  • 扫描电压范围0-505V;
2和4三项指标而言,完全满足了现货原油文章前面提到的暗电流测试的要求,而且电压源支持同步扫描并>100V,同时带模拟输出功能,不仅能描绘I-V曲线。测试高阻器件,还可以应用到fiber alignment以及PD on-wafer测试等光电典型应用中。

PD On-Wafer Testing



High Resistance Testing
如果你正好要对两极管或者PD做暗电流的测试和评估,或者你在做光纤耦合或者PD on-wafer测试等唇齿相依的金融ic卡行业应用,推荐了解一下Keithley的6487或者6482/2502(双通道)的带偏压皮安表。
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