【技術大咖測試筆記系列】之七：2601B-PULSE讓VCSEL設計人員更有信心

　　作者：泰克科技技術大咖

　　夜深了，你正開車回家。你很累，想趕緊上床睡覺。突然，路中間出現了一個龐然大物。汽車緊急制動，防止撞上動物，同時防止脫離道路。通過光線檢測和定距技術，也稱為LIDAR，您的汽車成功地防止了一起車禍。

　　LIDAR是一種3D傳感技術，采用各種波長的脈沖式激光，測量可變距離，檢測車輛前方、后方或側面的物體。LIDAR系統的核心是垂直腔表面發射激光器（VCSEL），這種半導體器件從頂部表面垂直發射激光。VCSEL從表面垂直發出光，使其成為LIDAR系統的完美器件。

　　VCSEL的優勢之一，是能夠在半導體晶圓上制造，可以簡便地測試電氣性能和光學性能。此外，由于LIDAR系統在陣列中要求數千個單獨的VCSEL來執行關鍵事務型應用，因此必須在生產工作流程的各個階段執行有效測試。通過各階段測試，可以在早期剔除不良VCSEL，讓結果更可預測，讓良品率更可控，并降低鑄造成本。

　　那么問題來了：VCSEL測試面臨著一長串挑戰，而且挑戰只會隨著技術進步不斷提高。這篇博文意在更深入地考察這些挑戰，以及泰克科技旗下公司吉時利最新推出的2601B-Pulse脈沖器/SMU儀器可以怎樣幫助設計人員克服這些挑戰。

　　使用傳統SMU進行VCSEL測試的挑戰

　　設計人員通常使用傳統儀器測試VCSEL，如源測量單元（SMUs），但隨著技術不斷進步，測試挑戰數量正不斷增多。下面是其中五個最大的挑戰。

　　第一，LIDAR使用的VCSEL要求更高的功率，因此需要更高的測試電流。引入更高的測試電流因自熱提高了器件損壞的風險，在晶圓上測試時，這可能會成為問題，因為它會嚴重降低良品率。

　　第二，要求在晶圓上進行脈沖電流測試，以使器件熱量達到最小，一般要求幾十微秒的脈寬及一位數微秒或以下的上升時間。

　　第三，測試系統中使用的電纜長度及相關電感影響著儀器提供干凈的、快速上升時間、無過沖、無下沖的脈沖的能力。

　　第四，對LIDAR應用，VCSEL通常被驅動到高達10 A，包括在陣列中。但巨大的挑戰是生成短脈沖，短達10微秒，且上升時間非常短，通常不到2微秒。這一點非常關鍵，因為90%以上的VCSEL客戶要求脈沖電流波形穩定，以保證光峰值功率、近場和遠場測量的準確度。

　　第五，遺憾的是，并不是所有脈沖器/SMU儀器都會輸出高質量脈沖。某些儀器容易過沖，上升時間長，下降時間長。許多儀器要求手動調諧來改善脈沖波形形狀，特別是在為VCSEL提供電流脈沖時，其電感可能會在不同器件之間及因測試電纜電感而變化。

　　在電流以非常小的脈寬發送脈沖時，某些SMUs容易過沖，下降時間長。

　　最首要的，即使在特定電流電平下調諧脈沖輸出，仍不能保證手動調諧可以得到一致的脈沖波形，特別是在測試脈沖式IV幅度掃描的VCSEL時。某些脈沖器/SMU解決方案要求大量的調諧參數，如帶寬、補償頻率、零極點、負載阻抗和上升時間。但在生產測試中，在車間里調諧脈沖輸出要么不方便，要么效率差。因此，行業一直要求泰克/吉時利這樣的公司開發速度更快、電流更高的源和測量設備，以便提供他們所需的性能。

　　客戶就這些問題與我們分享了許多關注事項，告訴我們：

　　·我們需要更短的電流脈沖，低達10 μs，但電流高達10 A。

　　·我們必須使脈寬達到最小，以提供更高的電流測試VCSEL和陣列。

　　·我們不能容忍器件變熱，甚至可能燒毀探頭尖端。

　　·電流脈沖的任何過沖都可能會導致器件損壞。

　　·我沒時間不斷調諧來獲得最好的脈沖輸出。

　　·如果波形不是高保真波形，那么可能會導致表征錯誤，進而導致良品率差及現場故障。

　　吉時利脈沖器/SMU解決方案

　　為應對客戶反饋的挑戰，吉時利最新開發了2601B-PULSE系統源表10 μs脈沖器/SMU儀器。最新2601B-PULSE采用脈沖表技術，是一種業界領先的高電流/高速脈沖器，提供了傳統SMU的測量及全部功能。這種最新脈沖器在10 V時提供了領先的10 A電流脈沖輸出，支持最低10 μs脈寬，特別適合測試LIDAR中使用的VCSEL、照明和顯示器中的LED，以及半導體器件表征、浪涌保護測試等。

　　吉時利最新推出的2601B-PULSE系統源表10μs脈沖器/SMU儀器

　　脈沖器內置1 M樣點/秒（MS/s） 18位模數轉化器，可以同時采集脈沖電流和電壓波形，而無需使用單獨的儀器。2601B-PULSE是一種強大的解決方案，明顯提升了各種應用中的生產效率，如臺式表征及高度自動化脈沖式I-V生產測試。

　　這種新型儀器最具創新性的功能是不要求手動調諧，不管電流幅度是多少，也不管電感負載高達3 μH。在輸出電流脈沖時，線纜和電感可能會成為難題。電感可能會有限制效應，甚至會帶來損壞。電感在不同器件之間通常是不同的，即使是在測試晶圓上的激光二極管時。電感對電流源的影響在于，電感會阻止電流變化。這會導致電流源提高輸出電壓，在脈沖穩定時導致過沖和振鈴，而這在測試中是不可接受的。

　　被測器件和測試系統電纜中的電感可能會影響輸出電流脈沖的質量。

　　如前所述，某些解決方案要求調諧以補償這些行為，可能會耗費很長時間。2601B-PULSE的控制環路系統對10 A以下任何電流3 μH以下負載變化不需要手動調諧，因此在輸出10 μs ~ 500 μs脈沖時沒有過沖和振鈴。這保證了快速上升時間，可以為器件提供電流脈沖，正確表征器件或電路。在通過多個幅度掃描脈沖時，如VCSEL脈沖式LIV測試掃描中，這一點異常重要。下圖顯示了各種電流幅度時的高保真電流脈沖輸出及2601B-PULSE的電感負載。