【技术大咖测试笔记系列】之七：2601B-PULSE让VCSEL设计人员更有信心
作者：泰克科技技术大咖
夜深了，你正开车回家。你很累，想赶紧上床睡觉。突然，路中间出现了一个庞然大物。汽车紧急制动，防止撞上动物，同时防止脱离道路。通过光线检测和定距技术，也称为lidar，您的汽车成功地防止了一起车祸。
lidar是一种3d传感技术，采用各种波长的脉冲式激光，测量可变距离，检测车辆前方、后方或侧面的物体。lidar系统的核心是垂直腔表面发射激光器（vcsel），这种半导体器件从顶部表面垂直发射激光。vcsel从表面垂直发出光，使其成为lidar系统的完美器件。
vcsel的优势之一，是能够在半导体晶圆上制造，可以简便地测试电气性能和光学性能。此外，由于lidar系统在阵列中要求数千个单独的vcsel来执行关键事务型应用，因此必须在生产工作流程的各个阶段执行有效测试。通过各阶段测试，可以在早期剔除不良vcsel，让结果更可预测，让良品率更可控，并降低铸造成本。
那么问题来了：vcsel测试面临着一长串挑战，而且挑战只会随着技术进步不断提高。这篇博文意在更深入地考察这些挑战，以及泰克科技旗下公司吉时利最新推出的2601b-pulse脉冲器/smu仪器可以怎样帮助设计人员克服这些挑战。
使用传统smu进行vcsel测试的挑战
设计人员通常使用传统仪器测试vcsel，如源测量单元（smus），但随着技术不断进步，测试挑战数量正不断增多。下面是其中五个最大的挑战。
第一，lidar使用的vcsel要求更高的功率，因此需要更高的测试电流。引入更高的测试电流因自热提高了器件损坏的风险，在晶圆上测试时，这可能会成为问题，因为它会严重降低良品率。
第二，要求在晶圆上进行脉冲电流测试，以使器件热量达到最小，一般要求几十微秒的脉宽及一位数微秒或以下的上升时间。
第三，测试系统中使用的电缆长度及相关电感影响着仪器提供干净的、快速上升时间、无过冲、无下冲的脉冲的能力。
第四，对lidar应用，vcsel通常被驱动到高达10 a，包括在阵列中。但巨大的挑战是生成短脉冲，短达10微秒，且上升时间非常短，通常不到2微秒。这一点非常关键，因为90%以上的vcsel客户要求脉冲电流波形稳定，以保证光峰值功率、近场和远场测量的准确度。
第五，遗憾的是，并不是所有脉冲器/smu仪器都会输出高质量脉冲。某些仪器容易过冲，上升时间长，下降时间长。许多仪器要求手动调谐来改善脉冲波形形状，特别是在为vcsel提供电流脉冲时，其电感可能会在不同器件之间及因测试电缆电感而变化。
在电流以非常小的脉宽发送脉冲时，某些smus容易过冲，下降时间长。
最首要的，即使在特定电流电平下调谐脉冲输出，仍不能保证手动调谐可以得到一致的脉冲波形，特别是在测试脉冲式iv幅度扫描的vcsel时。某些脉冲器/smu解决方案要求大量的调谐参数，如带宽、补偿频率、零极点、负载阻抗和上升时间。但在生产测试中，在车间里调谐脉冲输出要么不方便，要么效率差。因此，行业一直要求泰克/吉时利这样的公司开发速度更快、电流更高的源和测量设备，以便提供他们所需的性能。
客户就这些问题与我们分享了许多关注事项，告诉我们：
·我们需要更短的电流脉冲，低达10 μs，但电流高达10 a。
·我们必须使脉宽达到最小，以提供更高的电流测试vcsel和阵列。
·我们不能容忍器件变热，甚至可能烧毁探头尖端。
·电流脉冲的任何过冲都可能会导致器件损坏。
·我没时间不断调谐来获得最好的脉冲输出。
·如果波形不是高保真波形，那么可能会导致表征错误，进而导致良品率差及现场故障。
吉时利脉冲器/smu解决方案
为应对客户反馈的挑战，吉时利最新开发了2601b-pulse系统源表10 μs脉冲器/smu仪器。最新2601b-pulse采用脉冲表技术，是一种业界领先的高电流/高速脉冲器，提供了传统smu的测量及全部功能。这种最新脉冲器在10 v时提供了领先的10 a电流脉冲输出，支持最低10 μs脉宽，特别适合测试lidar中使用的vcsel、照明和显示器中的led，以及半导体器件表征、浪涌保护测试等。
吉时利最新推出的2601b-pulse系统源表10μs脉冲器/smu仪器
脉冲器内置1 m样点/秒（ms/s） 18位模数转化器，可以同时采集脉冲电流和电压波形，而无需使用单独的仪器。2601b-pulse是一种强大的解决方案，明显提升了各种应用中的生产效率，如台式表征及高度自动化脉冲式i-v生产测试。
这种新型仪器最具创新性的功能是不要求手动调谐，不管电流幅度是多少，也不管电感负载高达3 μh。在输出电流脉冲时，线缆和电感可能会成为难题。电感可能会有限制效应，甚至会带来损坏。电感在不同器件之间通常是不同的，即使是在测试晶圆上的激光二极管时。电感对电流源的影响在于，电感会阻止电流变化。这会导致电流源提高输出电压，在脉冲稳定时导致过冲和振铃，而这在测试中是不可接受的。
被测器件和测试系统电缆中的电感可能会影响输出电流脉冲的质量。
如前所述，某些解决方案要求调谐以补偿这些行为，可能会耗费很长时间。2601b-pulse的控制环路系统对10 a以下任何电流3 μh以下负载变化不需要手动调谐，因此在输出10 μs ~ 500 μs脉冲时没有过冲和振铃。这保证了快速上升时间，可以为器件提供电流脉冲，正确表征器件或电路。在通过多个幅度扫描脉冲时，如vcsel脉冲式liv测试扫描中，这一点异常重要。下图显示了各种电流幅度时的高保真电流脉冲输出及2601b-pulse的电感负载。
使用2601b-pulse时0 μh、1 μh、3 μh负载上的10 a脉冲 输出。
使用2601b-pulse时0 μh、1 μh、3 μh负载上的1 a脉冲 输出。
使用2601b-pulse时0 μh、1 μh、3 μh负载上的0.1 a脉冲 输出。
很明显，2601b-pulse提供了业界领先的电流脉冲输出性能，消除了手动调谐，而在高速自动探测系统中测试晶圆上的vcsel时，手动调谐效率很差。上图清楚地显示了您可以满怀信心地测试，而不管电流电平及不同电感负载，可以实现可重复的性能和上升时间。这款新仪器提供了许多好处：
·使用一台仪器进行dc/脉冲电流和电压测量
·满怀信心地表征vcsel，帮助您开发下一代材料、元器件和模块
·不需要手动调谐脉冲输出，保证高脉冲保真度，缩短测试时间，节省生产成本
·最大限度地减少器件自热，减少探头尖端烧毁的风险，从而保护vcsel、vscel阵列和led
·测量最低一位数μs的采样率，同时计算10v时10 μs、10 a电流脉冲
您正面临着哪些测试挑战？
您是否装备充足，可以表征lidar使用的vcsel或者其他光电器件？您是否准备好克服这些不断进化的器件提出的不断增长的挑战？欢迎与我们沟通您的脉冲测试应用，讨论最新2601b-pulse可以怎样帮助您解决挑战。
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lidar是一种3d传感技术，采用各种波长的脉冲式激光，测量可变距离，检测车辆前方、后方或侧面的物体。lidar系统的核心是垂直腔表面发射激光器（vcsel），这种半导体器件从顶部表面垂直发射激光。vcsel从表面垂直发出光，使其成为lidar系统的完美器件。
vcsel的优势之一，是能够在半导体晶圆上制造，可以简便地测试电气性能和光学性能。此外，由于lidar系统在阵列中要求数千个单独的vcsel来执行关键事务型应用，因此必须在生产工作流程的各个阶段执行有效测试。通过各阶段测试，可以在早期剔除不良vcsel，让结果更可预测，让良品率更可控，并降低铸造成本。
那么问题来了：vcsel测试面临着一长串挑战，而且挑战只会随着技术进步不断提高。这篇博文意在更深入地考察这些挑战，以及泰克科技旗下公司吉时利最新推出的2601b-pulse脉冲器/smu仪器可以怎样帮助设计人员克服这些挑战。
使用传统smu进行vcsel测试的挑战
设计人员通常使用传统仪器测试vcsel，如源测量单元（smus），但随着技术不断进步，测试挑战数量正不断增多。下面是其中五个最大的挑战。
第一，lidar使用的vcsel要求更高的功率，因此需要更高的测试电流。引入更高的测试电流因自热提高了器件损坏的风险，在晶圆上测试时，这可能会成为问题，因为它会严重降低良品率。
第二，要求在晶圆上进行脉冲电流测试，以使器件热量达到最小，一般要求几十微秒的脉宽及一位数微秒或以下的上升时间。
第三，测试系统中使用的电缆长度及相关电感影响着仪器提供干净的、快速上升时间、无过冲、无下冲的脉冲的能力。
第四，对lidar应用，vcsel通常被驱动到高达10 a，包括在阵列中。但巨大的挑战是生成短脉冲，短达10微秒，且上升时间非常短，通常不到2微秒。这一点非常关键，因为90%以上的vcsel客户要求脉冲电流波形稳定，以保证光峰值功率、近场和远场测量的准确度。
第五，遗憾的是，并不是所有脉冲器/smu仪器都会输出高质量脉冲。某些仪器容易过冲，上升时间长，下降时间长。许多仪器要求手动调谐来改善脉冲波形形状，特别是在为vcsel提供电流脉冲时，其电感可能会在不同器件之间及因测试电缆电感而变化。
在电流以非常小的脉宽发送脉冲时，某些smus容易过冲，下降时间长。
最首要的，即使在特定电流电平下调谐脉冲输出，仍不能保证手动调谐可以得到一致的脉冲波形，特别是在测试脉冲式iv幅度扫描的vcsel时。某些脉冲器/smu解决方案要求大量的调谐参数，如带宽、补偿频率、零极点、负载阻抗和上升时间。但在生产测试中，在车间里调谐脉冲输出要么不方便，要么效率差。因此，行业一直要求泰克/吉时利这样的公司开发速度更快、电流更高的源和测量设备，以便提供他们所需的性能。
客户就这些问题与我们分享了许多关注事项，告诉我们：
·我们需要更短的电流脉冲，低达10 μs，但电流高达10 a。
·我们必须使脉宽达到最小，以提供更高的电流测试vcsel和阵列。
·我们不能容忍器件变热，甚至可能烧毁探头尖端。
·电流脉冲的任何过冲都可能会导致器件损坏。
·我没时间不断调谐来获得最好的脉冲输出。
·如果波形不是高保真波形，那么可能会导致表征错误，进而导致良品率差及现场故障。
吉时利脉冲器/smu解决方案
为应对客户反馈的挑战，吉时利最新开发了2601b-pulse系统源表10 μs脉冲器/smu仪器。最新2601b-pulse采用脉冲表技术，是一种业界领先的高电流/高速脉冲器，提供了传统smu的测量及全部功能。这种最新脉冲器在10 v时提供了领先的10 a电流脉冲输出，支持最低10 μs脉宽，特别适合测试lidar中使用的vcsel、照明和显示器中的led，以及半导体器件表征、浪涌保护测试等。
吉时利最新推出的2601b-pulse系统源表10μs脉冲器/smu仪器
脉冲器内置1 m样点/秒（ms/s） 18位模数转化器，可以同时采集脉冲电流和电压波形，而无需使用单独的仪器。2601b-pulse是一种强大的解决方案，明显提升了各种应用中的生产效率，如台式表征及高度自动化脉冲式i-v生产测试。
这种新型仪器最具创新性的功能是不要求手动调谐，不管电流幅度是多少，也不管电感负载高达3 μh。在输出电流脉冲时，线缆和电感可能会成为难题。电感可能会有限制效应，甚至会带来损坏。电感在不同器件之间通常是不同的，即使是在测试晶圆上的激光二极管时。电感对电流源的影响在于，电感会阻止电流变化。这会导致电流源提高输出电压，在脉冲稳定时导致过冲和振铃，而这在测试中是不可接受的。
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如前所述，某些解决方案要求调谐以补偿这些行为，可能会耗费很长时间。2601b-pulse的控制环路系统对10 a以下任何电流3 μh以下负载变化不需要手动调谐，因此在输出10 μs ~ 500 μs脉冲时没有过冲和振铃。这保证了快速上升时间，可以为器件提供电流脉冲，正确表征器件或电路。在通过多个幅度扫描脉冲时，如vcsel脉冲式liv测试扫描中，这一点异常重要。下图显示了各种电流幅度时的高保真电流脉冲输出及2601b-pulse的电感负载。
使用2601b-pulse时0 μh、1 μh、3 μh负载上的10 a脉冲 输出。
使用2601b-pulse时0 μh、1 μh、3 μh负载上的1 a脉冲 输出。
使用2601b-pulse时0 μh、1 μh、3 μh负载上的0.1 a脉冲 输出。
很明显，2601b-pulse提供了业界领先的电流脉冲输出性能，消除了手动调谐，而在高速自动探测系统中测试晶圆上的vcsel时，手动调谐效率很差。上图清楚地显示了您可以满怀信心地测试，而不管电流电平及不同电感负载，可以实现可重复的性能和上升时间。这款新仪器提供了许多好处：
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·最大限度地减少器件自热，减少探头尖端烧毁的风险，从而保护vcsel、vscel阵列和led
·测量最低一位数μs的采样率，同时计算10v时10 μs、10 a电流脉冲
您正面临着哪些测试挑战？
您是否装备充足，可以表征lidar使用的vcsel或者其他光电器件？您是否准备好克服这些不断进化的器件提出的不断增长的挑战？欢迎与我们沟通您的脉冲测试应用，讨论最新2601b-pulse可以怎样帮助您解决挑战。
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