高精度LIV测试系统基础知识.docx

1、LIV测试的目标LIV （或PIV）是一种广泛用于光电材料、芯片、器件性能评估的测试多数情况下，LIV测试环境中，除了光功率、电流、电压测试，设计人员和测试人员还会利用已搭建的系统，加入温控和光谱测量的项目通过对这些被测件的光功率、激励电流/电 压、光谱，以及上述参数随温度的变化，经过计算和数据/图像处理，可以获得很多关键参 数和图表，包括：直接参数 可以直接读取或获得的测量值，如：工作电压；工作电流；光功率（通过探测器光电流标定 参数）；背光电流（如果有背光探测器）；峰值波长；边模抑制比；温度等间接参数需要计算分析获得的激光参数，如：阈值电流；输出Kink（非线性）；斜效率；转化效率； 半高宽；等效电阻；结温等可视图表包括：L-I-V曲线（包括P-I、I-V、I-转换效率等）；波长-I曲线；波长-温度曲线；功率- 温度曲线；工作电压-温度曲线；其它需要的多维视图等L-l v Graph2.4-2-2.2-1.B-2-i.a-1.6-1.6-1.4-1.4->12-*1 啤0.0->0.S-0.6-D.6-0.4-D.4-02-0-0.2--0.2 -D-Current / AEffics'ncy / %-D D.2 0.4 0.6 D.a 1 1.2 1.4 1.6 1.8 21F-IV-I>1 13牛典型的LIV结果绘图2、LIV测试的系统搭建要素LIV测试需要根据被测件参数的不同，搭建相应的测试系统。

这些需纳入考虑的要素包括： 激励信号的接入方式如果被测件是 wafer 或裸芯片，需要探针台；如果是经过封装的器件，需要相应的测试夹 具（治具）典型的cos封装VCSEL阵列测试夹具温控方式无论是外部控温，还是被测件内部的 TEC 温控，都需要在搭建系统时考虑通常情况下， 高温相对较为容易；O°c以下的温控，特别是-40弋这种极限温度下时，由于需要避免结霜 和考虑收光等因素，实现起来相对较繁琐激励源大部分的LIV测试中，被测件都采用的电流激励需根据激励的特性，如CW还是QCW、激励电流的大小、电流扫描的范围和精度等因素来选择激励源光功率测试部分被测件带有尾纤，可以用光功率计来直接测量；其它类型的被测件发出的光信号都需要 经过积分球均匀化后，使用测试探测器光电流的方式来确定光功率光电流测试，需要根据 电流测试的精度，选择合适的电流表来完成电压测试由于这个测量项对转化效率的精度影响显著，所以要考虑精确测试光器件工作电压的方法 通常情况下，无论是使用探针台还是夹具，都建议使用四线法另外，测试线缆的选择也会 影响测试结果光谱测试时的光信号耦合测试不带尾纤的被测件光谱时，需要考虑如何将光信号耦合进光谱仪。

对于大功率器件，积 分球上额外的一个开孔就可以解决这个问题；但对于常规器件，由于功率较小，积分球耦合 的光功率不足以支持光谱仪的测试要求，所以常常需要一个专门的耦合机制（如可移动的光 纤配合收光透镜）来实现，不同的耦合机制存在较大的测试效率区别仪器的同步多台仪器的同步在QCW测试模式下非常重要，不仅有系统时序的控制，还有测量仪器（如 电流测试设备）的测量时间选择QCW测试结果不稳定大多来自于系统级同步的问题 软件和算法 仪器控制和后续数据处理、计算和显示需要系统级软件特别的，很多测试项有相关的标准 来指导其算法，如阈值电流的判断就有最小二乘法和二阶导数法等不同方法测试人员需根 据需要编写软件，以得到相应结果系统级的考量从上述要素的描述中，可以明显看出：LIV不是一个简单的测试，它需要从被测件的形态和 性能特点、测试项目、测试方法和算法等去综合考虑测试夹具的制备、测试仪器的选择、测 试系统的搭建，以及测试软件的编制整个过程涵盖了夹具设计、机械加工、仪器调研、组 网调试、数据分析、算法实现等步骤，进一步的，如误差分析和结果溯源等，都需要系统级 的考量3、LIV测试的系统组成举例本节将介绍几种典型的高精度LIV测试系统，包括：经典光通信LIV测试系统；消费类大功率激光器LIV测试系统；用于wafer和芯片的LIV测试系统。

经典光通信LIV在经典光通信器件的LIV测试中被测件一般使用连续;CW驱动、一般电流范围0-100mA ； 其发出的激光使用积分球均匀化以后，通过测试积分球上PD的输出电流以及对应波长的响 应系数R，可以准确对应被测件的光功率；根据需要丄IV系统中会加入温控机制；在有背 光探测器的情况下，还会加入一个小电流测试设备，以测量其背光电流下图是一个典型的 光通信LIV测试系统框图（未包括光谱测试部分）：Integrating SphereThermistorPettier2502S100®7

如果被测件不带尾纤，可将被测件靠近积分球口（通常在开口切线以内），使得积分球能完全收光 上位机控制整个测试流程，获取数据并分析显示经典光通信用LIV测试系统由于使用CW模式，其实现相对简单，无需特别考虑仪器间的 同步消费类大功率激光器LIV测试系统对于消费类和大功率激光器，如用于3D sen si ng的VCSEL阵列和用于激光雷达的大功率LD，其功率通常会达到百毫瓦或瓦级，被测件的自热效应对测试结果有较大影响，故通常 情况下会使用QCW （准连续/脉冲）方式测试LIV下图是一个典型的使用QCW模式的 LIV测试系统框图：QCW模式的LIV测试框图这个测试系统和光通信LIV测试系统的主要不同点是：激励源改用2602B型双通道源表（当然也可以改成S型源表2台），该型SMU支持输出脉冲电流（即支持QCW ）使用其一条通道发出脉冲电流，并测试被测件的工作电压使用支持脉冲电流测试的DMM7510型数字万用表测试积分球探测器输出电流；背光电流 使用源表的另一条通道测试由于使用脉冲方式，整个系统的同步触发非常重要用于 wafer 和芯片的 LIV 测试系统在 wafer 和芯片的的研发和芯片的品质管控（如来料检测和失效分析）中，设计人员和测 试人员常常面对各种形状大小不同、电极分布各异、封装形式多变、工作温度变化范围大、 边发光或垂直发光等特性不同的激光器裸die。

这时，被测件的变化常常带来在LIV和光谱 分析中工程实现的难度面对这种情况，综合、高效的 LIV 和光谱测试平台对于降低测试设 置难度、提高工作效率可以起到很大的作用在这类测试平台的搭建中，考虑的因素较多，包括： 探针台相关：可保证积分球灵活移动以准确对位；吸附孔大小合适以适应不同被测件 积分球：可能使用多个积分球，以适应不同的发光角度和功率要求光谱测试：根据效率和成本的要求设计光纤耦合的方式，考虑使用螺旋逼近还是AOI自动 光学检测温控：考虑控温效率和操作人员安全，特别是高温（超过85弋）情况下 测试仪器：选用精度高、指标范围大、支持工作模式多仪器，以覆盖更宽的激励和量测要求 测试治具：针对各种被测件形态和激励、温控要求，设计治具软件编写：使用模块化方式编写测试软件，以足够适应各种被测件要求这类用于 wafer 和芯片的测试平台通常是高度定制化的系统，需要有较多实际测试经验的 研发人员来完成虽然不少用户有能力自己搭建，但从时间成本和人力成本上看，专业的测 试系统集成商例如普赛斯仪表可以以更高的性价比完成小结LIV的核心是得到光功率、工作电流和工作电压，配合这些参数随温度、激励电流的变化， 可以计算出多种光电元器件关键参数。

在研发阶段，高精度的LIV测试系统可以准确验证光芯片和光器件的性能；在量产阶段，可以帮助分析芯片或器件质量以及失效原因传统LIV测试多使用CW模式，而大功率和新兴消费类光电器件则更多选择QCWS型高精度数字源表、电流表、温控设备在LIV测试上应用多年，其优异的指标和可靠性获 得了业界的广泛认可使用Precise搭建的LIV系统可以给研发和质检人员提供更高的性能 把握度。