JPH02134584A - 電気光学信号の測定 - Google Patents
電気光学信号の測定Info
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- JPH02134584A JPH02134584A JP1178188A JP17818889A JPH02134584A JP H02134584 A JPH02134584 A JP H02134584A JP 1178188 A JP1178188 A JP 1178188A JP 17818889 A JP17818889 A JP 17818889A JP H02134584 A JPH02134584 A JP H02134584A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/24—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
- G01R15/241—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using electro-optical modulators, e.g. electro-absorption
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
- G01R1/02—General constructional details
- G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
- G01R1/067—Measuring probes
- G01R1/07—Non contact-making probes
- G01R1/071—Non contact-making probes containing electro-optic elements
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- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、電気光学測定に関し、更に詳しくは、電気信
号を伝送する導体(電極、ラインおよび他の要素も意味
する)上の電気信号を非接触で光学的に測定する方法お
よび装置に関する。
号を伝送する導体(電極、ラインおよび他の要素も意味
する)上の電気信号を非接触で光学的に測定する方法お
よび装置に関する。
本発明は、ミクロン範囲の空間分解能およびピコセコン
ドおよびサブピコセコンドの分解能を有する信号測定が
要望されている集積回路のようなサブミクロン装置およ
び構造からの電気信号を測定するのに特に適している。
ドおよびサブピコセコンドの分解能を有する信号測定が
要望されている集積回路のようなサブミクロン装置およ
び構造からの電気信号を測定するのに特に適している。
電気信号の電気光学的測定は、測定される電界の強さに
従って屈折率が変化する電気光学(E−0)水晶を使用
して行われていた。この信号は導体に沿って伝播するこ
とができる。サンプリング用のレーザビームは周辺電界
の領域内において水晶内で焦点を合わせられている。電
気光学サンプリングによって、信号はピコセコンドおよ
びサブピコセコンドの分解能をもって抽出され表示され
る。空間分解能は水晶がこのように使用された場合電気
光学水晶または電気光学基板におけるビームの断面(レ
ーザスポット)の大きさによって決定される。上述した
電気光学測定方法に関する他の情報については次の特許
およびここに参照する文献を参照されたい。すなわち、
モロ−およびバルドマニス(MourouおよびVal
dmanis)の第4,446.426号(1984年
5月)オヨび第4,618,819号(19813年1
0J’J)、およびモロ−およびメイヤー(Mouro
uおよびMayer)の第4,603,293号(19
86年7月)。また、1987年7月に発行された他の
特許第4,618,449号も上述した七ロー等の特許
の技術およびシステムについて記載している。
従って屈折率が変化する電気光学(E−0)水晶を使用
して行われていた。この信号は導体に沿って伝播するこ
とができる。サンプリング用のレーザビームは周辺電界
の領域内において水晶内で焦点を合わせられている。電
気光学サンプリングによって、信号はピコセコンドおよ
びサブピコセコンドの分解能をもって抽出され表示され
る。空間分解能は水晶がこのように使用された場合電気
光学水晶または電気光学基板におけるビームの断面(レ
ーザスポット)の大きさによって決定される。上述した
電気光学測定方法に関する他の情報については次の特許
およびここに参照する文献を参照されたい。すなわち、
モロ−およびバルドマニス(MourouおよびVal
dmanis)の第4,446.426号(1984年
5月)オヨび第4,618,819号(19813年1
0J’J)、およびモロ−およびメイヤー(Mouro
uおよびMayer)の第4,603,293号(19
86年7月)。また、1987年7月に発行された他の
特許第4,618,449号も上述した七ロー等の特許
の技術およびシステムについて記載している。
多重量子井戸(MQW)装置における最近の研究は電界
を印加された場合における光学的吸収(電子吸収)にお
いて重要な変化を11察した。これらの研究は次の文献
に記載されている。T、 P、パンニック等(T、 P
、 Van Eck、 et al)によるAppl。
を印加された場合における光学的吸収(電子吸収)にお
いて重要な変化を11察した。これらの研究は次の文献
に記載されている。T、 P、パンニック等(T、 P
、 Van Eck、 et al)によるAppl。
Phys、 1.ett、の49(3)、1986年7
月21日、135およびU、 S、チエムラ等(D、
S、 Chemla et al)によるセミコンダク
ターズ・アンド・セミメタルズ、第24巻、著作権19
87年ベル電話研究所(BellTe1ephone
Laboratories Incorporated
)の第5章、ページ279〜318゜ E−0水晶と異なって、MQW装置は吸収におけ°る変
化によって電界に応答する。更に、MQW装置は極性に
敏感でなく、実際には整流している。
月21日、135およびU、 S、チエムラ等(D、
S、 Chemla et al)によるセミコンダク
ターズ・アンド・セミメタルズ、第24巻、著作権19
87年ベル電話研究所(BellTe1ephone
Laboratories Incorporated
)の第5章、ページ279〜318゜ E−0水晶と異なって、MQW装置は吸収におけ°る変
化によって電界に応答する。更に、MQW装置は極性に
敏感でなく、実際には整流している。
従って、電界の極性はMQW装置によって直接測定する
ことはできない。更に、近隣の電界発生要素がある場合
には、測定はこのような近隣の導体からの電界による誤
った信号を受は易い。この問題は導体の間隔がサブミク
ロンの集積回路(I C)構造のように極端に近接する
に従って悪化する。
ことはできない。更に、近隣の電界発生要素がある場合
には、測定はこのような近隣の導体からの電界による誤
った信号を受は易い。この問題は導体の間隔がサブミク
ロンの集積回路(I C)構造のように極端に近接する
に従って悪化する。
測定される信号の厳しい空間分解能を可能にする領域内
にほぼ全ての吸収が発生するMQW装置(MQW変調器
としても知られている)を設けることができることが本
発明によって見つけ出された。即ち、本発明によれば、
導体に接触することなく、ミクロン(またはサブミクロ
ン)範囲の導体の領域から信号を抽出することができる
。特に、所望の導体または導体の部分は導体の構造に関
係なくプローブで探査することができる。また、極性に
感じない電気光学効果(電子吸収)を使用して絶対的な
二極測定が得られる。これは電子ビームの衝撃による二
次電子が導体上の電界によって静電的にフィルタされる
電子顕微鏡の電圧コントラスト測定の複雑さがなく前記
測定を行うことができる。また、本発明は電気光学水晶
(ポッケルスセル)の電気光学測定システムにも使用す
ることができる。この場合、縦方向の動作モードが重要
である。前述した特許節4,446,426号に記載さ
れているシステムにおいては、このモードは使用されて
いない。
にほぼ全ての吸収が発生するMQW装置(MQW変調器
としても知られている)を設けることができることが本
発明によって見つけ出された。即ち、本発明によれば、
導体に接触することなく、ミクロン(またはサブミクロ
ン)範囲の導体の領域から信号を抽出することができる
。特に、所望の導体または導体の部分は導体の構造に関
係なくプローブで探査することができる。また、極性に
感じない電気光学効果(電子吸収)を使用して絶対的な
二極測定が得られる。これは電子ビームの衝撃による二
次電子が導体上の電界によって静電的にフィルタされる
電子顕微鏡の電圧コントラスト測定の複雑さがなく前記
測定を行うことができる。また、本発明は電気光学水晶
(ポッケルスセル)の電気光学測定システムにも使用す
ることができる。この場合、縦方向の動作モードが重要
である。前述した特許節4,446,426号に記載さ
れているシステムにおいては、このモードは使用されて
いない。
従って、本発明の主目的は、ミクロン範囲の空間分解能
で、原則的にはサブミクロン範囲の空間分解能を可能と
し、ピコセコンドの時間分解能をもって導体に現れる電
気信号を測定する改良されたシステム(方法および装置
)および装置を提供することにある。
で、原則的にはサブミクロン範囲の空間分解能を可能と
し、ピコセコンドの時間分解能をもって導体に現れる電
気信号を測定する改良されたシステム(方法および装置
)および装置を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、導体がミクロンの単位で離れ
ている場合においても、信号が現れる導体に接触するこ
となく、集積回路のようなサブミクロン構造の導電要素
上の信号を測定するシステムおよび装置を提供すること
にある。
ている場合においても、信号が現れる導体に接触するこ
となく、集積回路のようなサブミクロン構造の導電要素
上の信号を測定するシステムおよび装置を提供すること
にある。
本発明の更に他の目的は、MQW構造を有するような極
性に反応しない電気光学装置を使用するにも関わらずミ
クロン単位の空間分解能をもって導体上の電圧の絶対的
測定を行うことができるシステムおよび装置を提供する
ことにある。
性に反応しない電気光学装置を使用するにも関わらずミ
クロン単位の空間分解能をもって導体上の電圧の絶対的
測定を行うことができるシステムおよび装置を提供する
ことにある。
本発明の更に他の目的は、近隣の導体からの電界による
(ノイズまたはクロストークを発生するように誤った信
号による)測定誤差を低減するように信号から生ずる電
界に電気光学的に応答することによって信号を測定する
改良されたシステムを提供することにある。
(ノイズまたはクロストークを発生するように誤った信
号による)測定誤差を低減するように信号から生ずる電
界に電気光学的に応答することによって信号を測定する
改良されたシステムを提供することにある。
簡単に説明すると、導体の空間的な所定位置において導
体上の電気信号を測定するシステム(方法および装置)
は、電気光学的材料からなるプローブを使用しており、
このプローブは対象位置における導体からの周囲電界内
に設けられている。
体上の電気信号を測定するシステム(方法および装置)
は、電気光学的材料からなるプローブを使用しており、
このプローブは対象位置における導体からの周囲電界内
に設けられている。
プローブは好ましくはMQW構造を画定する多数の相が
配設されている表面を有する透明で、好ましくけ高い固
有抵抗を有する半導体材料からなる本体(基板)である
。この構造は測定される信号の周囲電界の領域内にMQ
Wプローブを配置することを可能にするように配設され
る基板の表面の縁部まで延出することができる。この領
域は境界としてMQW面上に堆積されている導電材料か
らなる電極を有し、電界領域内に延出している・電極は
基準面として作用するのみならず、光ビーム(これはサ
ンプリング技術が信号測定および表示用に使用される場
合パルスビームである)を反射するミラーとしても作用
する。プローブのビー11は対象の領域内に焦点を合わ
せられ、電気信号に変換される検出器に反射される。こ
の電気信号はコンピュータに入力される前に(ロックイ
ン増幅器を使用することによって)フィルタされ増幅さ
れる。コンピュータの機能はこのロックイン信号を読み
出し、基準面に供給される電圧振幅および極性を調整す
ることによって該信号をゼロに低減することである。こ
の信号は基準面に供給され、基準またはフィードバック
信号と称する。この基準信号は測定される信号に対応す
る極性および振幅を有する。従って、このフィードバッ
ク信号を測定することによって対象の信号を測定するこ
とになる。また、基準電極はプローブの後側の近隣の要
素によって生ずる好ましくない電界から電気光学プロー
ブを遮閉するように動作する。このようなりロストーク
発生電界に応答するようにプローブを設けることによっ
て、これらの電界を測定し、対象とする信号の測定から
差し引き、クロストークの影響を低減することができる
。
配設されている表面を有する透明で、好ましくけ高い固
有抵抗を有する半導体材料からなる本体(基板)である
。この構造は測定される信号の周囲電界の領域内にMQ
Wプローブを配置することを可能にするように配設され
る基板の表面の縁部まで延出することができる。この領
域は境界としてMQW面上に堆積されている導電材料か
らなる電極を有し、電界領域内に延出している・電極は
基準面として作用するのみならず、光ビーム(これはサ
ンプリング技術が信号測定および表示用に使用される場
合パルスビームである)を反射するミラーとしても作用
する。プローブのビー11は対象の領域内に焦点を合わ
せられ、電気信号に変換される検出器に反射される。こ
の電気信号はコンピュータに入力される前に(ロックイ
ン増幅器を使用することによって)フィルタされ増幅さ
れる。コンピュータの機能はこのロックイン信号を読み
出し、基準面に供給される電圧振幅および極性を調整す
ることによって該信号をゼロに低減することである。こ
の信号は基準面に供給され、基準またはフィードバック
信号と称する。この基準信号は測定される信号に対応す
る極性および振幅を有する。従って、このフィードバッ
ク信号を測定することによって対象の信号を測定するこ
とになる。また、基準電極はプローブの後側の近隣の要
素によって生ずる好ましくない電界から電気光学プロー
ブを遮閉するように動作する。このようなりロストーク
発生電界に応答するようにプローブを設けることによっ
て、これらの電界を測定し、対象とする信号の測定から
差し引き、クロストークの影響を低減することができる
。
多くの集積回路(IC8)は成長面を有していないと考
えられる。通常のE−0サンプリングは高かったりまた
は低い隣接電極間の電界または間の何かをill!I定
し、絶対電圧の測定は行わない。本発明はアース面がな
い場合でさえも絶対電圧を測定できるものである。
えられる。通常のE−0サンプリングは高かったりまた
は低い隣接電極間の電界または間の何かをill!I定
し、絶対電圧の測定は行わない。本発明はアース面がな
い場合でさえも絶対電圧を測定できるものである。
また、多くのICは全回路を覆うSiO□表面処理層を
有している。通常のE−〇サンプリングにおけるように
周辺電界にのみ頼っていると、測定に悪影響を与える(
信号/雑音を低減する) E−0媒体内に電界ラインが
ほとんど現れないことになる・本発明によると、ICの
面に近接している基準電極の結果、周辺電界がICの表
面およびE−O媒体内に形成される。また、本発明のプ
ローブは対象とする点の周りの全ての周囲の領域に低い
容量性負荷を形成している。
有している。通常のE−〇サンプリングにおけるように
周辺電界にのみ頼っていると、測定に悪影響を与える(
信号/雑音を低減する) E−0媒体内に電界ラインが
ほとんど現れないことになる・本発明によると、ICの
面に近接している基準電極の結果、周辺電界がICの表
面およびE−O媒体内に形成される。また、本発明のプ
ローブは対象とする点の周りの全ての周囲の領域に低い
容量性負荷を形成している。
本発明の上述したおよび他の目的、特徴および利点は添
付図面に関連する次の詳細な説明を閲読することにより
更に明らかになるであろう。
付図面に関連する次の詳細な説明を閲読することにより
更に明らかになるであろう。
第1図および第2図を更に詳細に参照すると、電極12
および14が設けられている基板10が示されている。
および14が設けられている基板10が示されている。
これらの電極は集積回路の導体配列のうちの典型的な導
体である。これらは非常に近接して、例えば1ミクロン
離れて配設されている。このような電極構造からの周辺
電界を探針するために、探針システム16が使用されて
いる。
体である。これらは非常に近接して、例えば1ミクロン
離れて配設されている。このような電極構造からの周辺
電界を探針するために、探針システム16が使用されて
いる。
この探針システムにおいては、MQW構造18が半導体
基板20と上層22との間に配設されている。基板およ
び上層は光学的結合によってガラスプリズム24および
26に結合されている。MQW構造用の吸収限界(励過
ピーク)に同調した波長を有するレーザからの光ビーム
はレンズ28によって焦点を合わせられて、ビーム30
になる。
基板20と上層22との間に配設されている。基板およ
び上層は光学的結合によってガラスプリズム24および
26に結合されている。MQW構造用の吸収限界(励過
ピーク)に同調した波長を有するレーザからの光ビーム
はレンズ28によって焦点を合わせられて、ビーム30
になる。
このビームの直径は適切にはミクロン領域のものである
。このビームは基板20、上層22およびMQW構造1
8の端面30によって全反射される。
。このビームは基板20、上層22およびMQW構造1
8の端面30によって全反射される。
これらはプリズムが接合された後、磨きを欠けられてい
るが、滑らかな光学反射面を形成している。
るが、滑らかな光学反射面を形成している。
出力ビーム32はレンズ34によって光検出器上に焦点
を合わされ、電気信号に変換される。導体内の信号によ
る電界は電界の強度によって光学ビームを変調し、光学
信号の振幅の尺度である出力信号を発生する。
を合わされ、電気信号に変換される。導体内の信号によ
る電界は電界の強度によって光学ビームを変調し、光学
信号の振幅の尺度である出力信号を発生する。
基板および上層は光ビーム30および32に対して透明
なAlGaAsである。MQW構造は基板20の先端に
成長する層によって形成され、完全な単結晶品質が単一
の単分子膜の正確さで保存される。
なAlGaAsである。MQW構造は基板20の先端に
成長する層によって形成され、完全な単結晶品質が単一
の単分子膜の正確さで保存される。
この層は挿入状態で詳細に示されている(第2図)。
MQW組立体は必要な最終空間分解能によって500オ
ングストロームの薄さに(2対の井戸)または数ミクロ
ンの厚さに(数百対の井戸)成長される。
ングストロームの薄さに(2対の井戸)または数ミクロ
ンの厚さに(数百対の井戸)成長される。
上述した文献に記載されているように、分子線エピタク
シまたは金属有機化学蒸着法を使用して、MQW構造を
形成する。異なる継続期間分子線エピタクシを使用して
MQWの厚さを制御する。また、AlGaAsから成る
上層がMQW構造の先端に成長させられている。光学ビ
ームおよび周辺電界が相互作用する領域40がこの構造
の随意の能動領域である。この領域は非常に小さく、導
体間に設けられている。また、この領域が小さいので、
導体のどの位置においても周辺電界、従って信号を探針
することができ、従って高い空間分解能を有することが
できる。第2図においてギャップ36で示すように、探
針は導体に接触していない。
シまたは金属有機化学蒸着法を使用して、MQW構造を
形成する。異なる継続期間分子線エピタクシを使用して
MQWの厚さを制御する。また、AlGaAsから成る
上層がMQW構造の先端に成長させられている。光学ビ
ームおよび周辺電界が相互作用する領域40がこの構造
の随意の能動領域である。この領域は非常に小さく、導
体間に設けられている。また、この領域が小さいので、
導体のどの位置においても周辺電界、従って信号を探針
することができ、従って高い空間分解能を有することが
できる。第2図においてギャップ36で示すように、探
針は導体に接触していない。
高い光強度または温度上昇はM Q W 構造の急峻な
吸収限界、従って変調器として感度を発生する励起子を
イオン化することができるので、温度を350°に以下
に維持することが好ましい。これはヒートポンプ38に
よって達成される。このヒートポンプ38はペルチェ接
合素子であり、ビームおよび電界が相互作用する領域4
0の上に間隔を開けて設けられている。
吸収限界、従って変調器として感度を発生する励起子を
イオン化することができるので、温度を350°に以下
に維持することが好ましい。これはヒートポンプ38に
よって達成される。このヒートポンプ38はペルチェ接
合素子であり、ビームおよび電界が相互作用する領域4
0の上に間隔を開けて設けられている。
プリズムおよび基板20はビームが量子井戸を構成する
層に対してほぼ直角に入射することを確実にしている。
層に対してほぼ直角に入射することを確実にしている。
また、電界のラインは量子井戸の面に直角である。直角
入射からかなりずれている(例えば、20°以上)ビー
ム通路が使用される場合には、光のEベクトルがMQW
面に平行な偏光を使用することが好ましい。
入射からかなりずれている(例えば、20°以上)ビー
ム通路が使用される場合には、光のEベクトルがMQW
面に平行な偏光を使用することが好ましい。
ミクロンの空間分解能はレーザスポットの大きさによる
よりもむしろMQW構造の幅によって決定される。しか
しながら、レーザビームの大部分が周辺電界と相互作用
し、これによってSN比を最大にするように直径の狭い
レーザスポットを使用することが有利である。短いパル
スレーザのスポットの大きさがミクロン範囲であるので
、ピコセコンドまたはサブピコセコンドの時間分解能が
達成される。例えば、ピコセコンド当り30ミクロンの
最大伝播速度で導体に沿って伝播する電気信号の場合、
5ミクロンのスポットの大きさでは、時間分解能はサブ
ピコセコンドの範囲になる。
よりもむしろMQW構造の幅によって決定される。しか
しながら、レーザビームの大部分が周辺電界と相互作用
し、これによってSN比を最大にするように直径の狭い
レーザスポットを使用することが有利である。短いパル
スレーザのスポットの大きさがミクロン範囲であるので
、ピコセコンドまたはサブピコセコンドの時間分解能が
達成される。例えば、ピコセコンド当り30ミクロンの
最大伝播速度で導体に沿って伝播する電気信号の場合、
5ミクロンのスポットの大きさでは、時間分解能はサブ
ピコセコンドの範囲になる。
本システムの他の利点は、導体12および14を有する
回路に対する容量性負荷を最小にする高い固有抵抗を有
する半導体材料を使用することである。
回路に対する容量性負荷を最小にする高い固有抵抗を有
する半導体材料を使用することである。
第3図、第4図および第5図を参照すると、電気光学プ
ローブの透明なガラス支持体44が示されている。この
支持構造44は基板46に接合され、この基板46は外
面上にMQW構造48が成長させられている。この構造
は基板46の下端部50まで延出している。この下面5
0はMQW構造48の端部を含んでいる。第3図に示す
形式のAl、GaAsおよびAlGaAs−GaAs
M Q W構造はまたMQW構造48用に使用すること
ができる。
ローブの透明なガラス支持体44が示されている。この
支持構造44は基板46に接合され、この基板46は外
面上にMQW構造48が成長させられている。この構造
は基板46の下端部50まで延出している。この下面5
0はMQW構造48の端部を含んでいる。第3図に示す
形式のAl、GaAsおよびAlGaAs−GaAs
M Q W構造はまたMQW構造48用に使用すること
ができる。
反射する、好ましくは金の基準電極52(約1000オ
ングストロームの厚さを有する)がMQW構造の外側面
上に堆積されている。この電極は能動領域54の所で細
くなっており、これは面52の縁部56に沿った幅にお
いて約10ミクロンである。
ングストロームの厚さを有する)がMQW構造の外側面
上に堆積されている。この電極は能動領域54の所で細
くなっており、これは面52の縁部56に沿った幅にお
いて約10ミクロンである。
光学ビームはレンズ58によってこの能動領域54上に
焦点を合わせられている。ビームは本質的にはMQW面
に直角である。電極52が堆積している面における僅か
な入射角のために、反射ビームはレンズ60に向かう別
の通路をとる。MQW構造48を形成する層の厚さは導
体12および14の間の間隔よりもかなり小さいことに
注意されたい。プローブは導体の上方に置かれているが
接触していない。これは、導体12および14が配設さ
れている装置10を動かし、プローブおよびレーザを固
定しながら装置10を移動したり、上昇したり、回転し
たり、または動かすことによって達成されることが好ま
しい。
焦点を合わせられている。ビームは本質的にはMQW面
に直角である。電極52が堆積している面における僅か
な入射角のために、反射ビームはレンズ60に向かう別
の通路をとる。MQW構造48を形成する層の厚さは導
体12および14の間の間隔よりもかなり小さいことに
注意されたい。プローブは導体の上方に置かれているが
接触していない。これは、導体12および14が配設さ
れている装置10を動かし、プローブおよびレーザを固
定しながら装置10を移動したり、上昇したり、回転し
たり、または動かすことによって達成されることが好ま
しい。
基準電極52はシールドとして作用し、導体12からの
電界をMQW構造から遮閉する。疎開電極52の左側の
他の全ての導体は、電極52によって遮閉されるので測
定を行わない。対象の信号は基準電極によって終端する
電界を発生する。
電界をMQW構造から遮閉する。疎開電極52の左側の
他の全ての導体は、電極52によって遮閉されるので測
定を行わない。対象の信号は基準電極によって終端する
電界を発生する。
また、基準電極は電気光学材料の領域内に電界ラインを
引き上げるように作用する。これはサブミクロン電極が
約1ミクロンのスポットの大きさを有するレーザプロー
ブで問い合わせられる場合重要である。しばしば、Si
O□からなる1ミクロンの表面処理層が回路の上部に成
長させられる。この状態において基準電極は電界ライン
をSiOよがら引出し、E−0領域に引き入れることが
できる。
引き上げるように作用する。これはサブミクロン電極が
約1ミクロンのスポットの大きさを有するレーザプロー
ブで問い合わせられる場合重要である。しばしば、Si
O□からなる1ミクロンの表面処理層が回路の上部に成
長させられる。この状態において基準電極は電界ライン
をSiOよがら引出し、E−0領域に引き入れることが
できる。
基準電極は電界を打ち消す電位に維持され、これにより
以下に詳細に説明するように極性感知測定が得られる。
以下に詳細に説明するように極性感知測定が得られる。
いずれにしても、レーザビー11は非常に小さな大きさ
のスポットに、例えば1ミクロンの直径に集められ、第
3図に示すように入力ビームから僅かな角度で基準電極
12から離れて反射する。
のスポットに、例えば1ミクロンの直径に集められ、第
3図に示すように入力ビームから僅かな角度で基準電極
12から離れて反射する。
第6図を参照すると、導体の長さ方向に沿った所定の点
における導体12上の信号を測定し、また信号が導体に
沿って伝播する場合の信号を表示するように電気光学的
にサンプリングするMQW構造48を有する第3図のプ
ローブを使用したシステムを示している。
における導体12上の信号を測定し、また信号が導体に
沿って伝播する場合の信号を表示するように電気光学的
にサンプリングするMQW構造48を有する第3図のプ
ローブを使用したシステムを示している。
第6図に示すMQW装置43は第3図ないし第5図に示
す装置と同じである。光学ビームはレーザダイオード6
0から発生する。無線周波(適切には約100MHz)
発生器62はステップリカバリダイオード64を駆動し
、このダイオード64はレーザダイオード60を作動す
るパルスを発生する。
す装置と同じである。光学ビームはレーザダイオード6
0から発生する。無線周波(適切には約100MHz)
発生器62はステップリカバリダイオード64を駆動し
、このダイオード64はレーザダイオード60を作動す
るパルスを発生する。
駆動信号が約100MHzである図示の場合は、100
MHzの速度の約100psのパルスがダイオード64
から出力され、レーザダイオードによって光学パルスに
変換される。これらの光学パルスは顕微鏡の対物レンズ
である入力レンズ58を介して基準電極がM Q W
hl造の縁部56のところで細くなっている能動領域5
4に放出される。MQW構造から反射された光は出力レ
ンズ60(第3図参照)を通過してPINホトダイオー
ド66の形式のホトセンサにあたり、ここで光学信号は
対応する電気信号に変換され、ロックイン増幅器68に
供給される。この増幅器はロックイン基準信号、例えば
1KHzの繰り返し速度のパルス列を発生する発振器を
有している。ロックイン増幅器システムに関するより多
くの情報については、前述したモロ−等の特許を参照さ
れたい。ロックイン増VSはロックイン信号■よを発生
し、このロックイン信号は制御信号としてフィードバッ
クコンピュータ7oに供給される。コンピュータはロッ
クイン信号が供給されるのでロックイン信号速度で動作
する。コンピュータは振幅V□のパルス形式の出方信号
を発生する。これらの信号はデイスプレィ78、適切に
は陰極線オシロスコープ(CRO)および基準電極52
に供給され、ここでこれらの信号は導体12上の電界に
対抗する電界を発生する。
MHzの速度の約100psのパルスがダイオード64
から出力され、レーザダイオードによって光学パルスに
変換される。これらの光学パルスは顕微鏡の対物レンズ
である入力レンズ58を介して基準電極がM Q W
hl造の縁部56のところで細くなっている能動領域5
4に放出される。MQW構造から反射された光は出力レ
ンズ60(第3図参照)を通過してPINホトダイオー
ド66の形式のホトセンサにあたり、ここで光学信号は
対応する電気信号に変換され、ロックイン増幅器68に
供給される。この増幅器はロックイン基準信号、例えば
1KHzの繰り返し速度のパルス列を発生する発振器を
有している。ロックイン増幅器システムに関するより多
くの情報については、前述したモロ−等の特許を参照さ
れたい。ロックイン増VSはロックイン信号■よを発生
し、このロックイン信号は制御信号としてフィードバッ
クコンピュータ7oに供給される。コンピュータはロッ
クイン信号が供給されるのでロックイン信号速度で動作
する。コンピュータは振幅V□のパルス形式の出方信号
を発生する。これらの信号はデイスプレィ78、適切に
は陰極線オシロスコープ(CRO)および基準電極52
に供給され、ここでこれらの信号は導体12上の電界に
対抗する電界を発生する。
RF9!生器62からの駆動信号は移相器72を介して
パルサ74に供給される。パルサ74はロンフィン周波
数でバースト状の100MHzのパルスを導体12に供
給する。これらの100MHzのパルスは導体12に沿
って伝播する。プローブの位置はマイクロマニュピユレ
ータ76によって設定される。
パルサ74に供給される。パルサ74はロンフィン周波
数でバースト状の100MHzのパルスを導体12に供
給する。これらの100MHzのパルスは導体12に沿
って伝播する。プローブの位置はマイクロマニュピユレ
ータ76によって設定される。
パルス列は導体12に沿って伝播しながら、信号強度に
比例した電界を発生し、この電界はMQW構造48の能
動領域を通過する。他の導体14は基準電極52によっ
て疎開され、測定されない。
比例した電界を発生し、この電界はMQW構造48の能
動領域を通過する。他の導体14は基準電極52によっ
て疎開され、測定されない。
MQWの能動領域を通る電子吸収は電界強度に従って変
化し、光学ビームの強度はそれに応じて変化する。それ
から、ホトセンサ66はパルス時に導体に沿って伝播す
る電気信号に対応する信号を発生する。ロックイン増幅
器は、その結果コンピュータ70に直流信号v2を供給
する。コンピュータは動作し、導体12上の信号による
電界に対抗する電界を発生するように振幅が変化するパ
ルスを発生する。信号v2が単極性であるにも関わらず
。
化し、光学ビームの強度はそれに応じて変化する。それ
から、ホトセンサ66はパルス時に導体に沿って伝播す
る電気信号に対応する信号を発生する。ロックイン増幅
器は、その結果コンピュータ70に直流信号v2を供給
する。コンピュータは動作し、導体12上の信号による
電界に対抗する電界を発生するように振幅が変化するパ
ルスを発生する。信号v2が単極性であるにも関わらず
。
この対抗電圧は両極性である。
電界強度の関数としての電子吸収特性は第7図に示され
ている。目的は特性の先端における透過を発生する対抗
電界を発生することである(電界=0)。コンピュータ
は次のアルゴリズムに従って動作する。C/パスカル表
示に従って、■2の絶対値が第7図の先頭における透過
に対応する小さな値yより大きい場合には、ν、を出力
する。それから、V□を低減するとともに、v2の絶対
値を低減する。そうでない場合には、voを増大すると
ともに、■2の絶対値を低減する。特別な例の場合には
、対抗電圧V工はOで開始すると仮定し、プローブ43
によって抽出された電界は+3である。それから、コン
ピュータはアルゴリズムに従って、V工を例えば−1に
低減する。これは−4の正味の電界を発生する。この電
界に応答して信号v2は低減するよりもむしろ増大する
。従って、次の繰り返しでV□は増大する。■□におけ
る0に戻る増大はv2におけろ低減となる。次の繰り返
しで、V□は再び増大し、例えば+1になり、v2は再
び低減する。
ている。目的は特性の先端における透過を発生する対抗
電界を発生することである(電界=0)。コンピュータ
は次のアルゴリズムに従って動作する。C/パスカル表
示に従って、■2の絶対値が第7図の先頭における透過
に対応する小さな値yより大きい場合には、ν、を出力
する。それから、V□を低減するとともに、v2の絶対
値を低減する。そうでない場合には、voを増大すると
ともに、■2の絶対値を低減する。特別な例の場合には
、対抗電圧V工はOで開始すると仮定し、プローブ43
によって抽出された電界は+3である。それから、コン
ピュータはアルゴリズムに従って、V工を例えば−1に
低減する。これは−4の正味の電界を発生する。この電
界に応答して信号v2は低減するよりもむしろ増大する
。従って、次の繰り返しでV□は増大する。■□におけ
る0に戻る増大はv2におけろ低減となる。次の繰り返
しで、V□は再び増大し、例えば+1になり、v2は再
び低減する。
続く繰り返しでは、■□の値は−3に低減し、この時、
■2はyを超えず、電圧v0は維持される。
■2はyを超えず、電圧v0は維持される。
VよはCROデイスプレィ78に表示される。それから
、導体12に沿って伝播するパルスの移相は移相器72
を使用して変更される。次の測定は僅かに遅延した時間
における信号を示し、他のサンプルがCROに表示され
る。連続的に時間を遅らせて移相器を連続的にシフトす
ることによって。
、導体12に沿って伝播するパルスの移相は移相器72
を使用して変更される。次の測定は僅かに遅延した時間
における信号を示し、他のサンプルがCROに表示され
る。連続的に時間を遅らせて移相器を連続的にシフトす
ることによって。
全信号がサンプルされ、CROデイスプレィ78に表示
される。移相器78を使用する代わりに、前述したモロ
−等の特許に記載されているように光学ビーム路に光学
遅延手段を使用してもよい。
される。移相器78を使用する代わりに、前述したモロ
−等の特許に記載されているように光学ビーム路に光学
遅延手段を使用してもよい。
導体から導体12の右側へのクロストークのような雑音
を軽減したい場合には、上述した測定において電極52
が導体12の右側になるようにプローブ43を位置付け
てもよい。この測定結果は影雑音信号に対応し初期のプ
ローブ位置から得られる信号から差し引かれる。プロー
ブの正確な位置は、左側の近隣の電極(導体14)が疎
開されている場合重要ではない。プローブが電極から引
き離されると、得られた波形に対するS/N比が低下す
る。
を軽減したい場合には、上述した測定において電極52
が導体12の右側になるようにプローブ43を位置付け
てもよい。この測定結果は影雑音信号に対応し初期のプ
ローブ位置から得られる信号から差し引かれる。プロー
ブの正確な位置は、左側の近隣の電極(導体14)が疎
開されている場合重要ではない。プローブが電極から引
き離されると、得られた波形に対するS/N比が低下す
る。
第8図を参照すると、前記プローブ43に類似したプロ
ーブが示されており、このプローブはAlGaAs基板
46を使用し、この上にMQW構造48が設けられてい
る。また、電極52がMQW構造の外側面上に使用され
ている。電極はMQW構造におけるプローブの能動領域
を定めている。
ーブが示されており、このプローブはAlGaAs基板
46を使用し、この上にMQW構造48が設けられてい
る。また、電極52がMQW構造の外側面上に使用され
ている。電極はMQW構造におけるプローブの能動領域
を定めている。
光学ビームを能動領域54に供給するために、被覆物お
よびコア82を有する光学ファイバ80が使用されプロ
ーブを維持している。ファイバコアは基板46内に成長
させられた導波管トンネル84と光学的に連通ずるよう
に配列されている。
よびコア82を有する光学ファイバ80が使用されプロ
ーブを維持している。ファイバコアは基板46内に成長
させられた導波管トンネル84と光学的に連通ずるよう
に配列されている。
ファイバコアおよびトンネルはプローブ43の能動領域
54へのビームを制限するように直径が1ないし5ミク
ロンである。
54へのビームを制限するように直径が1ないし5ミク
ロンである。
上述した説明から、改良された電気光学非接触信号測定
システム(方法および装置)およびこの装置に使用する
改良されたプローブが提供されていることが明らかであ
ろう。本発明の範囲内における方法および装置を含むこ
こに記載したシステムの変更および変形は本技術分野に
専門知識を有する者によって疑いもなく考えられること
であろう。例えば、本発明は縦動作モードを使用してポ
ッケルス効果のE−0結晶を使用して実施することがで
きる。この用途の材料はGaAsおよびAlGaAsを
含むエピタキシャル成長E−0感知媒体を含む。
システム(方法および装置)およびこの装置に使用する
改良されたプローブが提供されていることが明らかであ
ろう。本発明の範囲内における方法および装置を含むこ
こに記載したシステムの変更および変形は本技術分野に
専門知識を有する者によって疑いもなく考えられること
であろう。例えば、本発明は縦動作モードを使用してポ
ッケルス効果のE−0結晶を使用して実施することがで
きる。この用途の材料はGaAsおよびAlGaAsを
含むエピタキシャル成長E−0感知媒体を含む。
両者は全ての重要なE−0効果を維持しながら導電性を
禁止するように衝突する軽いイオンである。
禁止するように衝突する軽いイオンである。
従って、上述した説明は例示であって限定の意味にとら
れるものではない。
れるものではない。
第1図は本発明による導体上の電気信号を測定するプロ
ーブの斜視図である。 第2図は対象の信号を発生する導体の電極構造にすぐに
隣接しているプローブの一部を示す部分断面図であり、
第2′図はMQW構造を示す拡大された挿入図である。 第3図は本発明の他の実施例によるプローブの部分斜視
図である。 第4図は第3図の線4−4に沿ってとった部分断面図で
ある。 第5図は第4図に示すプローブの部分端面図である。 第6図は第3図ないし第5図に示すプローブを使用した
電気光学サンプリング測定を行うシステムを示す構成図
である。 第7図はMQWプローブの応答特性を示す曲線である。 第8図は本発明の更に他の実施例によるプローブの部分
断面図である。 10・・基板、12.14・・・電極、16・・プロー
ブシステム、18・・・MQW構造、20・・・半導体
基板、22・・上層、24.26・・・プリズム、28
・・・レンズ、3o・・・ビーム、32・・・出力ビー
ム、34・・レンズ、43・・・MQW装置、60・・
・レーザダイオード、62・・RF発生器、66・・・
ホトセンサ、68・・・ロックイン増幅器、7o・・・
コンピュータ、72・・・移相器、74・・・パルサ、
78・・・cRoデイスプレィ。 特許出願人 ザ・ユニヴアーシティー・オブ・ロチェ
スター代理人 弁理士 松井政広 (外1名)電界(V
/μm) 第8図 手続補正書 平成1年11月28日
ーブの斜視図である。 第2図は対象の信号を発生する導体の電極構造にすぐに
隣接しているプローブの一部を示す部分断面図であり、
第2′図はMQW構造を示す拡大された挿入図である。 第3図は本発明の他の実施例によるプローブの部分斜視
図である。 第4図は第3図の線4−4に沿ってとった部分断面図で
ある。 第5図は第4図に示すプローブの部分端面図である。 第6図は第3図ないし第5図に示すプローブを使用した
電気光学サンプリング測定を行うシステムを示す構成図
である。 第7図はMQWプローブの応答特性を示す曲線である。 第8図は本発明の更に他の実施例によるプローブの部分
断面図である。 10・・基板、12.14・・・電極、16・・プロー
ブシステム、18・・・MQW構造、20・・・半導体
基板、22・・上層、24.26・・・プリズム、28
・・・レンズ、3o・・・ビーム、32・・・出力ビー
ム、34・・レンズ、43・・・MQW装置、60・・
・レーザダイオード、62・・RF発生器、66・・・
ホトセンサ、68・・・ロックイン増幅器、7o・・・
コンピュータ、72・・・移相器、74・・・パルサ、
78・・・cRoデイスプレィ。 特許出願人 ザ・ユニヴアーシティー・オブ・ロチェ
スター代理人 弁理士 松井政広 (外1名)電界(V
/μm) 第8図 手続補正書 平成1年11月28日
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、導体の空間的な所定の位置における導体上の電気信
号を測定する方法であって、前記位置において前記導体
からの周辺電界内に電気光学材料からなるプローブを設
定し、前記プローブに光ビームを通過させ、前記プロー
ブを通過した後の前記ビームを第2の電気信号に変換し
、前記第2の電気信号に応答して前記周辺電界を打ち消
す電界を、前記最初に記載した信号を測定する第3の電
気信号によって前記プローブに発生させるステップを有
する前記方法。 2、前記電界発生ステップは、前記電界と交差するよう
に前記プローブの前記導体と対向する側に基準電極を設
定し、前記第3の信号を前記基準電極に供給するステッ
プを有する請求項1記載の方法。 3、前記導体は本体上の複数の導体のうちの1本であり
、更に、前記1本の導体の一方の側と該一方の側の複数
の導体のうちの他の導体との間の前記電極を有する前記
1本の導体の一方の側に配設された複数の導体のうちの
他の導体と前記1本の導体との間にプローブを設定し、
前記ビームの通過、変換および発生ステップを実行して
、前記複数の導体のうちの前記他の導体の前記第3の信
号に寄与する測定用の信号成分を発生し、前記対向する
側と前記基準電極との間の前記プローブを有する前記一
方の側に対向する前記導体の側に前記プローブを設定し
、前記ビームの通過、変換および発生ステップを実行し
て、前記第3の信号を発生し、前記第3の信号から前記
信号成分を差し引いて前記第1の信号を測定する請求項
2記載の前記方法。 4、前記通過手段は前記基準電極において前記ビームを
反射させることによって実行され、前記変換ステップは
前記反射されたビームを光検出するステップを有する請
求項2記載の前記方法。 5、前記導体は基板上に互いに間隔を開けて配設されて
いる複数の導体のうちの1本であり、前記プローブは前
記導体間の間隔よりも小さな対向する側部間を有するM
QW構造を有し、前記設定手段は前記MQW構造を前記
導体間に設定することによって実行される請求項1記載
の方法。 6、前記位置はミクロン範囲の寸法であり、更に前記M
QW構造の対向する側部の一方上にミクロン範囲の領域
を有する導電性材料からなる層形状の基準電極を堆積さ
せるステップを有し、前記設定手段は前記1つの導体か
らの電界内に前記導体間の前記領域を設けるように実行
される請求項5記載の方法。 7、前記ビーム通過ステップは前記ビームが前記MQW
構造を通過し、前記領域において前記電極で反射され、
前記MQW構造を再び通過するように前記ビームの焦点
を前記領域上に合わせることによって達成され、前記変
換手段はビームが前記領域を再び通過した後のビームに
対して実行される請求項6記載の前記方法。 8、前記導体に沿って前記第1の信号を伝播し、前記ビ
ームをパルス状で発生するステップを更に有する請求項
1記載の方法。 9、前記導体上の前記信号および前記ビームのパルスの
1つを互いに同相で相対的に遅延させ、前記各パルスの
発生時サンプルを測定し、前記サンプルから前記第3の
信号を表示するステップを更に有する請求項8記載の方
法。 10、サブミクロンの電気光学電界プローブであって、
側面および縁部を有する端面を有する基板と、前記側面
に平行に前記縁部に延出している複数の層を有する前記
側面上の多重量子井戸(MQW)構造であって、該構造
は前記プローブの端面を画定するように約1ミクロンを
超えない幅を有し、前記プローブを通って前記電界が前
記MQW構造の領域内に入るようになっている前記多重
量子井戸(MQW)構造と、光ビームを前記領域に限定
された前記MQW構造を通過させる手段とを有するサブ
ミクロンの電気光学電界プローブ。 11、前記MQW構造上に配設された上層 (superstrate)を更に有し、この上層は前
記MQW構造が上側に配設されている側面および前記プ
ローブの端面を画定する端面を有している請求項10記
載のプローブ。 12、前記MQW構造と熱的に連結された温度制御手段
を更に有する請求項10記載のプローブ。 13、前記基板が上側に配設された透明部材を更に有す
る請求項10記載のプローブ。 14、前記端面にほぼ平行な通路に沿って前記領域を通
る前記ビームを屈折する面を有する前記透明部材上に設
けられたプリズムを更に有する請求項13記載のプロー
ブ。 15、前記基板に対向し、前記端面に延出する前記MQ
W構造の側部に配設された導電材料からなる層を更に有
する請求項10記載のプローブ。 16、前記領域は前記縁部に沿って配設され、前記導電
性材料の層は前記領域の面積にほぼ等しい面積に前記端
面に向かって狭くなり、前記ビーム通過手段は前記ビー
ムが反射される前記導電材料の層の前記領域に前記ビー
ムを向ける手段を有する請求項15記載のプローブ。 17、前記ビームを向ける手段は前記端面に沿った前記
基板を通って前記MQW構造の前記領域に延出する光学
導波管を有する請求項16記載のプローブ。 18、前記ビームが伝播する光学ファイバを更に有し、
前記導波管およびファイバは互いに光学的に連通するよ
うに接続されている請求項17記載のプローブ。 19、導体の空間的な所定の位置における導体上の電気
信号を測定するシステムであって、前記位置において前
記導体からの周辺電界内に設けられている電気光学材料
からなるプローブと、前記プローブに光ビームを通過さ
せる手段と、前記プローブを通過した後の前記ビームを
第2の電気信号に変換する手段と、前記第2の電気信号
に応答して前記周辺電界を打ち消す前記プローブにおけ
る電界を第3の電気信号で発生する手段と、前記第3の
信号から前記最初に記載した信号を測定する手段とを有
する前記システム。 20、前記電界発生手段は前記電界と交差するように前
記導体に対向する前記プローブの側部に設けられた基準
電極および前記第3の信号を前記基準電極に供給する手
段を有する請求項19記載のシステム。 21、前記基準電極において前記ビームを反射する手段
が設けられ、前記変換手段は前記反射されたビームに応
答するようになっている請求項20記載のシステム。 22、前記プローブは約1ミクロンより小さい対向側部
間の幅を有する多重量子井戸(MQW)構造を有する請
求項21記載のシステム。 23、前記位置はマイクロ範囲の寸法を有し、前記MQ
W構造の対向側部の一方上にミクロン範囲の面積を有す
る導電性材料から成る層形状の基準電極およびシールド
を有し、前記シールドは前記導体からの電界以外の電界
から前記MQW構造を遮閉するように配設されている請
求項22記載のシステム。 24、前記ビームが前記MQW構造を通過し、前記領域
において前記電極によって反射され、前記MQW構造を
再び通過するように前記ビームの焦点を前記領域上に合
わせる手段を更に有し、前記変換手段は前記MQW構造
を通過した後の前記反射されたビームに応答するように
なっている請求項23記載のシステム。 25、前記第1の信号を前記導体に沿って伝播する手段
及び前記光学ビームをパルス状に発生する手段を更に有
する請求項19記載のシステム。 26、互いに同相で前記導体に供給される前記信号およ
び前記ビームのパルスの1つを遅延させる手段および前
記各パルスを発生時にサンプルを測定し、前記サンプル
から前記第3の信号を表示する手段を更に有する請求項
25記載のシステム。
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