"Met de introductie van het nieuwe infrastructuurconcept zal de bouw van 5G en datacenters in 2020 in een stroomversnelling komen. De enorme vraag naar optische modules leidt tot de opwaardering van de industrie en stelt hogere eisen aan optische apparaten. Ook op het gebied van optische communicatietesten zullen er veel uitdagingen zijn.
"
Met de introductie van het nieuwe infrastructuurconcept zal de bouw van 5G en datacenters in 2020 in een stroomversnelling komen. De enorme vraag naar optische modules leidt tot de opwaardering van de industrie en stelt hogere eisen aan optische apparaten. Ook op het gebied van optische communicatietesten zullen er veel uitdagingen zijn.
Om toekomstige uitdagingen samen aan te gaan, zal Tektronix een reeks technische artikelen lanceren over het testen van optische communicatie. Dit artikel is de eerste lezing waarin de PD-donkerstroomtesten van passieve apparaten worden uitgelegd. De auteur van dit artikel is Duan Gong, een bevriende ingenieur van de Tektronix-agent "Kotai Test". Hij hoorde toevallig een paar kleine partners die zich bezighouden met opto-elektronica praten over PD-donkerstroom en hoe deze te testen, en wilde alleen wat ervaring in dit opzicht en begrip delen.
Donkere stroom, Wikipedia's uitleg is: Als er geen fotonen door een foto gaan sensor (zoals een fotomultiplicatorbuis, fotodiode en fotokoppelelement), wordt er nog steeds een kleine stroom op het element gegenereerd. In niet-optische componenten het wordt lekstroom bij omgekeerde voorspanning genoemd en is aanwezig in alle diodes. De reden voor de vorming van donkerstroom is de willekeurige generatie van elektronen en gaten in de uitputtingslaag van het apparaat.
Deze uitleg heeft verschillende punten: 1) geen lichte omgeving, omgekeerde bias, lekstroom; 2) donkere stroom bestaat in elke diode; 3) donkerstroom behoort tot de thermische ruis van de component, die willekeurig wordt gegenereerd en niet kan worden geëlimineerd. Populair punt: Ten eerste wordt deze stroom niet gegenereerd door fotonen van buitenaf, maar door de thermische ruis in de component; ten tweede heeft elke diode een theoretische karakteristiek, dat wil zeggen, voorwaartse geleiding en omgekeerde afsnijding, maar in werkelijkheid zijn diodecomponenten omgekeerd. Het is onmogelijk om een echte afsnijding te bereiken (de omgekeerde verzadigingsstroom is 0), en tenslotte de donkere stroom kan niet volledig worden geëlimineerd en kan alleen worden verminderd door TEC of koeling met vloeibare stikstof.
Over het algemeen is de donkerstroom erg klein, in principe in de orde van uA en nA. Op industrieel gebied is de dark current-test een must-test item. Deze testindicator wordt voornamelijk gebruikt om te beoordelen of het diode-element is afgebroken en of het waferproces bestaat. probleem. Hoe kunnen we zo'n kleine donkerstroom nauwkeurig en betrouwbaar meten? Sommige mensen zeggen dat je een algemene multimeter of ampèremeter kunt gebruiken, is dat echt mogelijk?
De zussen die op de wind en de golven rijden, zijn allemaal hard aan het werk om de details frame voor frame uit te zoeken. Het dagelijkse leven van ingenieurs is nog uitdagender en elke detailfout wordt een struikelblok. In feite is de test van kleine stroom niet zo eenvoudig als wordt gezegd, en er zijn nog veel moeilijkheden die overwonnen moeten worden. Hier is een korte lijst van de belangrijkste.
Moeilijkheidsgraad 1: Hoe de invoer te overwinnen? spanning daling veroorzaakt door de ampèremeter?
Wanneer de multimeter stromen boven mA meet, kan de interne weerstand van de ampèremeter in principe worden genegeerd, maar de grootte van de kleine stroom ligt in principe op het niveau van uA of zelfs nA. Op dit moment kan de interne weerstand van de ampèremeter niet worden genegeerd, en de interne weerstand van de ampèremeter zal spanningsval veroorzaken, deze spanningsval wordt "ingangsspanningsdaling (spanningsbelasting)" genoemd, de grootte van deze indicator heeft rechtstreeks invloed op de meting nauwkeurigheid van de stroom:
Bijvoorbeeld: stel dat Vs=0.7V, Is=100uA, Ifs=200uA, Rs=10KΩ, en dan is de ingangsspanningsval 200mV:
Bereken dan IM=(0.7V-0.2V(100uA/200uA))/10KΩ= 60uA
En idealiter IM=0.7/10KΩ=70uA, dan is de testfout=14%;
Als de ingangsspanningsval wordt teruggebracht tot 200uV, dan is de hele test IM=69.99uA, dan is de testfout=0.01%;
Conclusie: Uit het bovenstaande eenvoudige voorbeeld kan worden aangetoond dat de spanningsval bij de ingangsklem van de ampèremeter rechtstreeks van invloed is op de meetnauwkeurigheid van de ampèremeter. De fout is kleiner.
Moeilijkheid 2: Hoe voeg ik een geschikte omgekeerde voorspanning toe bij het meten van stroom?
Veelgebruikte multimeters kunnen alleen het meetprobleem oplossen, maar op dit moment moeten veel donkerstroomtests een omgekeerde voorspanning (biasspanning) leveren. Waarom zou u een voorspanning toevoegen? Aan de ene kant kan de voorspanning het migratieproces van elektronen en gaten versnellen, de recombinatiesnelheid van elektronen en gaten verminderen, waardoor de kwantumefficiëntie en responstijd worden verbeterd; maar de sperspanning kan niet oneindig worden verhoogd, en een te hoge voorspanning kan leiden tot omgekeerde afbraak van diodes, enz.; aan de andere kant behoren veel diodes tot lawinediodes zoals APD's, die zelf een bepaalde voorspanning nodig hebben om werkomstandigheden te bereiken, wat resulteert in een lawine-effect. Daarom moet een spanningsbron worden toegevoegd aan de lus van de ampèremeter, wat het testsysteem zal compliceren en meer interferentiecondities zal introduceren, wat resulteert in het onvermogen om de testnauwkeurigheid van de gehele donkerstroom te garanderen.
Welke apparatuur gebruiken de gerelateerde industrieën (zoals de LED/PD-industrie) in de donkere stroom (met bias) test? Door onderzoek en bezoeken aan verschillende industrieën is gebleken dat er twee hoofdopties zijn voor het testen van donkere stroom:
(1) SMU-brontesteenheid. Aan de ene kant kan het zijn spanningsbronfunctie gebruiken om reverse bias-scanning te voltooien en aan de andere kant zijn meetfunctie gebruiken om kleine stroomtests uit te voeren. Het voordeel van deze oplossing is dat het spanningsscanbereik groot is, tot enkele honderden volts. , en de huidige meetfunctie kan in principe voldoen aan de testvereisten van het nA-niveau. Het nadeel is dat de eenheidsprijs van de SMU relatief hoog is en de kostenprestaties relatief laag.
Keithley SMU 2600
(2) Uiterst nauwkeurige DMM of picoampèremeter. Deze twee producten zijn beide meetapparatuur en kunnen worden gebruikt voor donkerstroomtesten. De huidige testnauwkeurigheid kan zelfs het pA-niveau bereiken. De voordelen van de producten zijn een matige prijs en een hoge meetnauwkeurigheid; maar de nadelen van deze twee producten zijn: 1) Het niet kunnen leveren van voorspanning kan de donkerstroomtest alleen voltooien in een onbevooroordeelde omgeving; 2) De spanningsval van de ingangsklem van de zeer nauwkeurige multimeter is relatief hoog, wat de testnauwkeurigheid van kleine stromen zal beïnvloeden.
KeithleyDMM7510
Op dit moment is de 5G-infrastructuur in volle gang, groeit de optische communicatie-industrie explosief en worden de bandbreedte en snelheid steeds sneller. Of het nu gaat om passieve optische netwerken zoals FTTx, glasvezelkabels of actieve optische transceivermodules, optische chips, enz. De gevoeligheid van de terminal stelt steeds hogere eisen, dus de toename van de gevoeligheid zal onvermijdelijk steeds strenger worden donkere stroom eisen. Na veel specificaties te hebben geraadpleegd, vereist een aanzienlijk deel van de testvereisten voor donkere stroom duidelijk donkerstroom ≤ 1nA, sommige vereisen zelfs ≤ enkele honderden pA, terwijl de voorspanning tussen 5-15V moet zijn en sommige spanningsvereisten ≥ 100V zijn, wat in principe machteloos is voor DMM en picoammeter.
Keithly 6485
Dus is er een meter die zowel bias-scanning als kleine stroomtests kan bieden? Het antwoord is ja, zoals Keithley's 6487 kan worden bereikt. Laten we eerst kijken naar verschillende belangrijke indicatoren van deze bevooroordeelde picoammeter:
・ 10 fA resolutie
・ ＜200uV lastspanning
・Ondersteuning spanningszwaai en analoge uitgang
・ Scanspanningsbereik 0-505V;
Voor de drie indicatoren 1, 2 en 4 voldoet het volledig aan de vereisten van de eerder in het artikel genoemde donkerstroomtest, en de spanningsbron ondersteunt synchroon scannen en> 100V, en heeft een analoge uitgangsfunctie, die niet alleen de IV-curve, test hoog Het kan ook worden toegepast op typische opto-elektronische toepassingen zoals vezeluitlijning en PD-on-wafer-testen.
PD On-Wafer-testen
Testen met hoge weerstand
Als u alleen de donkerstroom van diodes of PD's wilt testen en evalueren, of als u verwante industriële toepassingen uitvoert, zoals glasvezelkoppeling of PD-on-wafer-testen, is het raadzaam om meer te weten te komen over Keithley's 6487 of 6482/2502 (dual channel) met biased picoampèremeter.
De connecties: LA084X01-SL01 PS11033