[发明专利]一种电光固浸探头

说明书

技术领域

本发明属于电光检测技术领域，具体涉及一种电光检测技术中的核心部件——电光固浸探头，该探头可用于电子器件的外部电学特性和内部节点电信号的在片测量，且具有很高的空间分辨率和电压灵敏度。

背景技术

电光检测技术是二十世纪八十年代初发展起来的一种无侵扰、抗电磁干扰能力强、无损伤的光子束检测技术[J.A.Valdmanis，G.Mourou，and C.W.Gabel，Appl.Phys.Lett.，41，211-212(1982).]，这种技术将光学、激光技术、电子学、器件物理、取样技术、微弱信号检测技术等有机结合起来，使得其在皮秒、亚皮秒等超快、超高速领域内的研究和应用获得了极大发展。该技术的基本原理是基于材料的线性电光效应，用一束已知偏振态的探测激光束照射到被测器件的被测点上，如果器件自身具有线性电光效应，则被测点处电信号的变化将引起折射率的变化，从而改变了探测光的偏振态，再通过检测从器件反射(或透射)出来的探测光束的偏振态的变化，就可以获得被测点处电信号的信息。为了检测快速变化的周期电信号，人们发展了电光取样技术，用超短光脉冲作取样门，对被测信号进行步进或步退取样，将高频的，快速变化的电信号变成低频的，慢速的电信号进行测量。

从探测光束与被测电场的关系区分，电光检测系统可以分为纵向电光调制结构和横向电光调制结构。所谓纵向电光调制是指只有与探测光平行的被测电场分量才能对探测光起调制作用，而横向电光调制是指只有与探测光垂直的被测电场分量才能对探测光起调制作用。从被测器件材料上区分，又可以分为内部电光检测技术和外部电光检测技术。内部电光检测又叫直接电光检测技术[B.H.Kolner and D.M.Bloom，Electron.Lett.，20，818-819(1984)]，是指被测器件的衬底本身就是电光晶体，如GaAs，GaP，InP等，直接将探测光束聚焦到被测器件的测量点处，被测点处的电信号就可以通过电光效应改变探测光束的偏振态。而外部电光检测技术又叫间接电光检测技术[T.Nagatsuma，T.Shibata，E.Sano and A.Iwata.J.Appl.Phys.，66(9)：4001(1989).]，是指用某种电光材料制作成电光探头，将电光探头接近被测器件的表面，使得电光探头浸在被测器件的泄漏场中，从而产生电光效应。于是当探测光束在电光探头中传播时，其偏振态将发生改变。外部电光检测技术可以用于测量各种衬底的电子器件的电场分布，因而更具普遍性。

由于线性电光效应的响应时间非常快，一般约为1飞秒(10^-15s)，电光取样技术的时间分辨率主要由超短光脉冲的脉宽决定，因此它有极高的时间分辨率。并且由于采用了差动放大器、锁相放大器及信号平均仪等微弱信号检测设备，系统具有很高的电压灵敏度。

电光检测系统的空间分辨率主要由探测光束聚焦光斑的大小决定，由于受到衍射极限的限制，聚焦光斑的半极大全宽度直径最小约为探测光波长的一半。对于纵向电光调制结构而言，其空间分辨率一般为1-3μm左右[K.Y.Lau and I.Ury，Appl.Phys.Lett.，46，1117(1985).]。而对于横向调制，其空间分辨率一般为8-15μm左右[Q.Chen and X.-C.Zhang，Appl.Phys.Lett.，74(23)：3435(1999).]。因此，这就限制了电光检测技术在具有亚微米结构的电子器件测量方面的应用，如超大规模、特大规模集成电路的检测就需要具有亚微米、深亚微米的空间分辨能力。如何有效提高电光检测技术的空间分辨率就成为亟待解决的问题。