(57)【要約】【課題】  既存の測定系には何ら影響を与えることなく、被試験デバイスの入力側と出力側との結合を確実に防止して、広帯域にわたって確実に発振を抑制することができるバイアス供給装置を提供する。【解決手段】  バイアス供給装置５は、バイアス電圧Ｓ１，Ｓ２を入力するバイアス端子１１Ｓ１，１１Ｓ２と、グラウンド電位Ｇ１，Ｇ２を入力するグラウンド端子１１Ｇ１，１１Ｇ２と、被試験デバイスに対してバイアス電圧Ｓ１，Ｓ２及びグラウンド電位Ｇ１，Ｇ２を出力する出力端子１２１，１２２と、バイアス端子１１Ｓ１，１１Ｓ２及びグラウンド端子１１Ｇ１，１１Ｇ２と出力端子１２１，１２２とを接続する互いにシールドされた４本の信号線と、これら各信号線に挿入された閉磁路構造のリアクタンス素子１４１，１４２，１５１，１５２，１６１，１６２，１７１，１７２とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に対してバイアス信号を供給するバイアス供給装置であって、
バイアス電圧を入力する第１の入力端子と、
基準電位を入力する第２の入力端子と、
前記測定対象物に対して前記バイアス電圧を出力する第１の出力端子と、
前記測定対象物に対して前記グラウンド電位を出力する第２の出力端子と、
前記第１の入力端子と前記第１の出力端子とを接続する第１の信号線と、
前記第２の入力端子と前記第２の出力端子とを接続する信号線であって前記第１の信号線と互いにシールドされた第２の信号線と、
前記第１の信号線に挿入された閉磁路構造の第１のリアクタンス素子と、
前記第２の信号線に挿入された閉磁路構造の第２のリアクタンス素子とを備えることを特徴とするバイアス供給装置。
【請求項２】
前記第１のリアクタンス素子及び前記第２のリアクタンス素子は、それぞれ、フェライトビーズ又はトロイダルコアを用いて構成されることを特徴とする請求項１記載のバイアス供給装置。
【請求項３】
前記第１のリアクタンス素子及び前記第２のリアクタンス素子は、それぞれ、透磁率の異なる少なくとも１つ以上のフェライトビーズを用いて構成されることを特徴とする請求項１記載のバイアス供給装置。
【請求項４】
前記第１のリアクタンス素子及び前記第２のリアクタンス素子は、それぞれ、透磁率の異なる少なくとも１つ以上のフェライトビーズ及びトロイダルコアを組み合わせて構成されることを特徴とする請求項１記載のバイアス供給装置。
【請求項５】
前記第１の信号線を収容して挿通させるシールドされた第１の収容ケースと、
前記第２の信号線を収容して挿通させるシールドされた第２の収容ケースとを備えることを特徴とする請求項１記載のバイアス供給装置。
【請求項６】
前記第１の出力端子及び前記第２の出力端子は、前記第１の収容ケース及び前記第２の収容ケースから交流的に絶縁されていることを特徴とする請求項５記載のバイアス供給装置。
【請求項７】
前記第１の出力端子は、同軸ケーブルを接続する中心端子であり、
前記第２の出力端子は、前記同軸ケーブルを接続する外周端子であることを特徴とする請求項１記載のバイアス供給装置。
【請求項８】
前記測定対象物は、能動素子であり、
前記能動素子のインピーダンス及び／又はパラメータの測定に用いられることを特徴とする請求項１記載のバイアス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物に対してバイアス信号を供給するバイアス供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、トランジスタ等の半導体素子をはじめとする能動素子といった被試験デバイス（DeviceUnder Test；ＤＵＴ）のインピーダンスやその他のパラメータを測定するために、当該被試験デバイスに対してバイアス信号を供給することが行われている。この種の測定システムは、例えば図３に示すように、被試験デバイス１０１とインピーダンスやパラメータを測定するネットワークアナライザー１０２とを、測定用同軸ケーブルにバイアス電圧を重畳させるためのバイアスＴ同軸アダプタ１０３１，１０３２を介して接続するとともに、バイアス信号を供給するバイアス供給電源１０４とバイアスＴ同軸アダプタ１０３１，１０３２とを接続することによって構成される。
【０００３】
このような測定に際して最も注意を払うべきことは、発振を抑制することに集約される。しかしながら、この種の測定においては、測定すべき周波数が広帯域にわたることから、測定範囲内に属するいずれかの周波数で発振条件に合致し、不要な発振を引き起こすことが多い。特に、近年の化合物半導体素子等を被試験デバイスとする場合には、使用する周波数がミリ波帯まで拡張し、測定範囲が極めて広帯域化していることから、発振を抑制することが困難となっている。かかる発振が生じる原因の１つは、被試験デバイスの出力側の一部又は全部の信号が入力側へと帰還してしまうことや、バイアス電圧を供給する信号線やグラウンド電位を供給するグラウンド線を介して当該被試験デバイスの入力側と出力側とが結合してしまうことである。
【０００４】
そこで、この種の発振を抑制するために、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示された技術が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１７４６８号公報
【特許文献２】特開２０００−３０４８１５号公報
【０００６】
例えば、特許文献１には、入力ポート及び出力ポートを有して半導体基板上に形成されたトランジスタが開示されている。特に、このトランジスタは、入力ポート及び出力ポートの少なくとも一方に、トランジスタの使用周波数の信号成分は吸収せずトランジスタの使用周波数より低い周波数成分を吸収する吸収手段を接続するものである。具体的には、このトランジスタは、入力ポート及び出力ポートの少なくとも一方に、コイルを挿入するものである。これにより、このトランジスタにおいては、半導体基板上の回路レベルで、ウェハ状態での動作確認の際の寄生発振現象を防止することができるとしている。
【０００７】
また、特許文献２には、電源端子、出力端子、入力端子若しくは入出力端子である被試験デバイスのＤＵＴ端子に対して所定の定電圧を供給する半導体試験装置のデバイス電源供給装置が開示されている。具体的には、このデバイス電源供給装置は、被試験デバイスとの間を、シールド付きケーブルを介して接続するように構成されるものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、被試験デバイスの測定システムが発振する原因としては、上述したように、被試験デバイスの出力側の一部又は全部の信号が入力側へと帰還してしまうことや、信号線やグラウンド線を介して当該被試験デバイスの入力側と出力側とが結合してしまうことにある。
【０００９】
したがって、交流的な条件に着目すると、上述した特許文献１に記載された技術のように、帰還容量を打ち消しあうようにボビンに巻き線を施したコイルからなるリアクタンス素子を挿入したり、被試験デバイスの入力側又は出力側の整合を発振周波数において多少ずらして利得を低下させたりすることにより、かかる発振を抑制することができる。
【００１０】
しかしながら、これらの方法においては、通常のコイルからなるリアクタンス素子や整合回路を用いることから、周波数選択特性を有してしまい、広帯域にわたって一様に測定する用途には全く適用することができないという問題があった。特に、ボビンに巻き線を施したコイルは、巻き線間に容量を有し、自己共振点を超えた周波数帯域においてはコンデンサのような特性を呈することから誤動作の原因となる。
【００１１】
一方、直流的な条件に着目すると、交流的に発振を抑制することができた場合であっても、上述したように、信号線やグラウンド線を介して被試験デバイスの入力側と出力側とが結合する場合には、電源とグラウンド電位とを切断することができないことから、発振を抑制することはできないことになる。
【００１２】
また、上述した特許文献２に記載された技術においては、単に電源と被試験デバイスとの間にシールドを施すのみであることから、当該被試験デバイスの入力側と出力側との結合を十分に抑制することは不可能である。
【００１３】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、既存の測定系には何ら影響を与えることなく、被試験デバイスの入力側と出力側との結合を確実に防止して、広帯域にわたって確実に発振を抑制することができるバイアス供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した目的を達成する本発明にかかるバイアス供給装置は、測定対象物に対してバイアス信号を供給するバイアス供給装置であって、バイアス電圧を入力する第１の入力端子と、基準電位を入力する第２の入力端子と、前記測定対象物に対して前記バイアス電圧を出力する第１の出力端子と、前記測定対象物に対して前記グラウンド電位を出力する第２の出力端子と、前記第１の入力端子と前記第１の出力端子とを接続する第１の信号線と、前記第２の入力端子と前記第２の出力端子とを接続する信号線であって前記第１の信号線と互いにシールドされた第２の信号線と、前記第１の信号線に挿入された閉磁路構造の第１のリアクタンス素子と、前記第２の信号線に挿入された閉磁路構造の第２のリアクタンス素子とを備えることを特徴としている。
【００１５】
このような本発明にかかるバイアス供給装置においては、バイアス電圧を供給する第１の信号線と基準電位を供給する第２の信号線とが互いにシールドされることにより、これら第１の信号線と第２の信号線との結合を極力抑制することができる。また、本発明にかかるバイアス供給装置においては、第１の信号線及び第２の信号線に、磁束漏れが非常に少ない閉磁路構造のリアクタンス素子を挿入することにより、第１の信号線と第２の信号線とが、ともに、高周波的には高インピーダンスであるとともに直流的には損失のない信号線であるように構成することができ、また、測定対象物の入力側及び出力側の信号線が当該測定対象物の近傍では接続することがなく、第２の信号線とも直接的には接続しないように構成することができる。したがって、測定対象物の入力側及び出力側のうち少なくとも一方に、本発明にかかるバイアス供給装置を用いれば、測定対象物の入力側と出力側との結合を確実に防止することができ、確実に発振を抑制することができる。
【００１６】
ここで、前記第１のリアクタンス素子及び前記第２のリアクタンス素子は、それぞれ、フェライトビーズ又はトロイダルコアを用いて構成することができる。特に、前記第１のリアクタンス素子及び前記第２のリアクタンス素子は、それぞれ、透磁率の異なる複数のフェライトビーズを用いたり、透磁率の異なる複数のフェライトビーズ及びトロイダルコアを組み合わせたりして構成するのが望ましい。すなわち、前記第１のリアクタンス素子及び前記第２のリアクタンス素子としては、それぞれ、インダクタンス値が異なる素子を用いるのが望ましい。これにより、本発明にかかるバイアス供給装置は、測定範囲の広帯域化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明にかかるバイアス供給装置は、前記第１の信号線を収容して挿通させるシールドされた第１の収容ケースと、前記第２の信号線を収容して挿通させるシールドされた第２の収容ケースとを備える。これにより、本発明にかかるバイアス供給装置は、第１の信号線と第２の信号線との結合を確実に抑制することができる。
【００１８】
さらに、前記第１の出力端子及び前記第２の出力端子は、前記第１の収容ケース及び前記第２の収容ケースから交流的に絶縁されているのが望ましい。
【００１９】
さらにまた、前記第１の出力端子は、同軸ケーブルを接続する中心端子として構成するとともに、前記第２の出力端子は、前記同軸ケーブルを接続する外周端子として構成することができる。すなわち、本発明にかかるバイアス供給装置は、測定対象物と同軸ケーブルを介して接続することができ、汎用性に優れたものとして提供することができる。
【００２０】
なお、前記測定対象物としては、能動素子を適用することができる。そして、本発明にかかるバイアス供給装置は、前記能動素子のインピーダンス及び／又はパラメータの測定に用いて好適である。すなわち、本発明にかかるバイアス供給装置が適用された測定システムにおいては、不要な発振を確実に抑制することにより、能動素子のインピーダンスやパラメータを高精度に測定することができ、また、発振に起因する能動素子及び測定機器等の破損を未然に防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、既存の測定系には何ら影響を与えることなく、第１の信号線や第２の信号線を介した測定対象物の入力側と出力側との結合を確実に防止することができ、確実に発振を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
この実施の形態は、トランジスタ等の半導体素子をはじめとする能動素子やこれら能動素子を用いた増幅器等の被試験デバイス（Device Under Test；ＤＵＴ）を測定対象物とし、この被試験デバイスのインピーダンス及び／又はその他のパラメータを測定するために、当該被試験デバイスに対してバイアス信号を供給する測定システムにおいて、電源と被試験デバイスとの間に設けられるバイアス供給装置である。特に、このバイアス供給装置は、バイアス電圧を供給する信号線や基準電位であるグラウンド電位を供給するグラウンド線を介した被試験デバイスの入力側と出力側との結合を確実に防止し、広帯域にわたって確実に発振を抑制することができるものである。
【００２４】
具体的には、測定システムは、図１に示すように、被試験デバイス１のインピーダンスやパラメータを測定するネットワークアナライザー２と、被試験デバイス１を接続する測定用同軸ケーブルにバイアス電圧を重畳させるためのバイアスＴ同軸アダプタ３１，３２と、バイアス信号を供給するバイアス供給電源４と、バイアスＴ同軸アダプタ３１，３２とバイアス供給電源４との間に設けられるバイアス供給装置５とから構成される。
【００２５】
すなわち、この測定システムは、バイアス供給電源４から供給されるバイアス信号を、バイアスＴ同軸アダプタ３１，３２を介して被試験デバイス１に供給し、ネットワークアナライザー２によって当該被試験デバイス１のインピーダンスやパラメータを測定するように構成される。このとき、この測定システムは、信号線やグラウンド線を介した被試験デバイス１の入力側と出力側との結合を防止するために、バイアス供給電源４から供給されるバイアス信号を、直接被試験デバイス１に供給するのではなく、バイアス供給装置５を介して供給する。
【００２６】
ここで、バイアス供給装置５は、少なくとも以下の３つの条件を満足するように構成される。
【００２７】
まず、バイアス供給装置５は、第１の条件として、バイアス供給電源４からのバイアス電圧を供給する信号線とグラウンド電位を供給するグラウンド線とが、ともに、高周波的には高インピーダンスであるとともに直流的には損失のない信号線であるように構成される。また、バイアス供給装置５は、第２の条件として、被試験デバイス１の入力側及び出力側のグラウンド線が、当該被試験デバイス１の近傍では接続せず、また、バイアス供給電源４のグラウンド線とも直接的には接続しないように構成される。さらに、バイアス供給装置５は、第３の条件として、各信号線間の結合を極力抑制するように構成される。
【００２８】
具体的には、バイアス供給装置５は、第１の条件を満足するために、ボビンに巻き線を施した通常のコイルとは異なり磁束漏れが非常に少ない閉磁路構造のリアクタンス素子を各信号線に挿入して構成される。かかる閉磁路構造のリアクタンス素子としては、フェライトビーズ及び／又はトロイダルコアに巻き線を施した素子を用いるのが好適である。フェライトビーズは、フェライト素子の内部に通電用の信号線を挿通することができる構造からなる素子であり、フェライト素子が磁性体として作用することによって高周波成分を吸収する一方で、通常の信号線を挿通することから直流的には抵抗が少ない性質を有するものである。また、トロイダルコアは、所定の金属を高温で焼結したドーナツ状の芯材からなる素子であり、ドーナツ状の芯材に信号線を巻回することによって用いられるものである。ここで、バイアス供給装置５においては、広帯域の測定を可能とするために、透磁率の異なる少なくとも１つ以上のフェライトビーズ若しくは透磁率の異なる少なくとも１つ以上のトロイダルコアに巻き線を施した素子、又はこれらフェライトビーズとトロイダルコアに巻き線を施した素子とを組み合わせて用いるのが望ましい。すなわち、バイアス供給装置５においては、インダクタンス値が異なる素子を用いることにより、広帯域の測定を行うことができる。特に、バイアス供給装置５としては、これらインダクタンス値が異なる素子を選択する際には、測定範囲とすべき周波数帯域にわたって一様に測定可能とするように、自己共振点の影響を考慮するのが望ましい。
【００２９】
このように、バイアス供給装置５においては、閉磁路構造のリアクタンス素子を各信号線に挿入することにより、バイアス供給電源４からのバイアス電圧を供給する信号線とグラウンド電位を供給するグラウンド線とが、ともに、高周波的には高インピーダンスであるとともに直流的には損失のない信号線であるように構成することができる。
【００３０】
また、バイアス供給装置５は、第２の条件を満足するために、被試験デバイス１側、すなわち出力側の端子を、当該バイアス供給装置５の外観を形成する筐体及び入力側の対となる端子から交流的に絶縁する。具体的には、バイアス供給装置５においては、出力側の端子を、所定の絶縁材を用いて筐体から絶縁する。また、バイアス供給装置５においては、出力側の端子と入力側の端子との間に、上述したように、閉磁路構造のリアクタンス素子を挿入することより、直流的には抵抗が少ないものの交流的には抵抗が大きい構成とすることができる。
【００３１】
このように、バイアス供給装置５においては、被試験デバイス１側の端子を、当該バイアス供給装置５の外観を形成する筐体及び入力側の対となる端子から交流的に絶縁することにより、被試験デバイス１の入力側及び出力側のグラウンド線が、当該被試験デバイス１の近傍では接続せず、また、バイアス供給電源４のグラウンド線とも直接的には接続しないように構成することができ、被試験デバイス１の出力側の一部又は全部の信号が入力側へと帰還する事態を回避することができる。
【００３２】
さらに、バイアス供給装置５は、第３の条件を満足するために、各信号線を互いにシールドされた独立した構成とする。具体的には、バイアス供給装置５は、例えばアルミニウムや真鍮といった筐体を構成する所定の金属体を切削して各信号線を独立して収容して挿通させる収容ケースを設けたり、各信号線間に所定の金属板を設けて収容ケースとしたりすることにより、各信号線を互いにシールドする。
【００３３】
このように、バイアス供給装置５においては、各信号線を互いにシールドされた独立した構成とすることにより、各信号線間の結合を極力抑制するように構成することができ、結合が抑制されることによって測定可能な周波数帯域も広帯域化することができる。
【００３４】
このような３つの条件を満足するバイアス供給装置５は、具体的には図２に示すような回路構成によって実現することができる。
【００３５】
すなわち、バイアス供給装置５においては、バイアス供給電源４から供給されるバイアス信号を入力する入力端子として、バイアス電圧Ｓ１を入力する第１の入力端子としてのバイアス端子１１Ｓ１及びグラウンド電位Ｇ１を入力する第２の入力端子としてのグラウンド端子１１Ｇ１と、バイアス電圧Ｓ２を入力するバイアス端子１１Ｓ２及びグラウンド電位Ｇ２を入力するグラウンド端子１１Ｇ２とが、所定の金属からなる筐体１３に設けられる。また、バイアス供給装置５においては、被試験デバイス１に対してバイアス信号を出力する出力端子として、バイアス端子１１Ｓ１及びグラウンド端子１１Ｇ１に対応する第１の出力端子及び第２の出力端子としての出力端子１２１と、バイアス端子１１Ｓ２及びグラウンド端子１１Ｇ２に対応する第３の出力端子及び第４の出力端子としての出力端子１２２とが、筐体１３から絶縁された状態で設けられる。なお、同図においては、出力端子１２１，１２２が同軸ケーブルを接続する端子として構成されている場合を示しており、バイアス端子１１Ｓ１，１１Ｓ２から延在する信号線が、それぞれ、出力端子１２１，１２２の中心端子に接続され、グラウンド端子１１Ｇ１，１１Ｇ２から延在する信号線が、それぞれ、出力端子１２１，１２２の外周端子に接続されている様子を示している。
【００３６】
また、バイアス供給装置５においては、４本の信号線、すなわち、バイアス端子１１Ｓ１と出力端子１２１とを接続する信号線、グラウンド端子１１Ｇ１と出力端子１２１とを接続する信号線、バイアス端子１１Ｓ２と出力端子１２２とを接続する信号線、及びグラウンド端子１１Ｇ２と出力端子１２２とを接続する信号線が、それぞれ、所定の金属板によって仕切られた独立した収容ケースＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの内部に収容され、互いにシールドされた状態とされる。
【００３７】
そして、バイアス供給装置５においては、収容ケースＡの内部に収容された信号線に、上述したフェライトビーズやトロイダルコア等からなる閉磁路構造のリアクタンス素子１４１，１４２が挿入され、収容ケースＢの内部に収容された信号線に、閉磁路構造のリアクタンス素子１５１，１５２が挿入され、収容ケースＣの内部に収容された信号線に、閉磁路構造のリアクタンス素子１６１，１６２が挿入され、収容ケースＤの内部に収容された信号線に、閉磁路構造のリアクタンス素子１７１，１７２が挿入される。なお、同図においては、各信号線に２つのリアクタンス素子を挿入している場合を示しているが、バイアス供給装置５においては、測定範囲とすべき周波数帯域に応じて使用するリアクタンス素子の種類や個数を決定すればよい。
【００３８】
以上説明したように、本発明の実施の形態として示すバイアス供給装置５は、バイアス供給電源４からのバイアス電圧を供給する信号線やグラウンド電位を供給するグラウンド線を介した被試験デバイス１の入力側と出力側との結合を確実に防止することができる。したがって、測定システムにおいては、このバイアス供給装置５をバイアス供給電源４と被試験デバイス１との間に設けることにより、既存の測定系には何ら影響を与えることなく、確実に発振を抑制することができる。特に、測定システムにおいては、バイアス供給装置５における各信号線に挿入するリアクタンス素子を適切に選択することにより、数ＭＨｚ帯から数十ＧＨｚ帯までのマルチオクターブにわたり、広帯域測定を行うことができる。したがって、このようなバイアス供給装置５が適用された測定システムにおいては、不要な発振を確実に抑制することにより、被試験デバイス１のインピーダンスやパラメータを高精度に測定することができ、また、発振に起因する被試験デバイス１及びネットワークアナライザー２をはじめとする測定機器等の破損を未然に防止することができる。
【００３９】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、バイアス供給装置５と被試験デバイス１を接続するケーブルとして、同軸ケーブルを用いるものとして説明したが、本発明は、バイアス信号を供給するものであれば任意のケーブルを適用することができる。
【００４０】
また、上述した実施の形態では、バイアス供給電源４から供給されるバイアス信号を入力する入力端子として、２組のバイアス端子及びグラウンド端子を設け、これに対応する２組の出力端子を設けるものとして説明したが、本発明は、少なくとも、バイアス電圧を入力するバイアス端子及びグラウンド電位を入力するグラウンド端子を入力端子とし、これらバイアス端子及びグラウンド端子に対応する出力端子を設ける構成であれば、これら端子の個数に拘泥するものではない。
【００４１】
このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態として示すバイアス供給装置が適用された測定システムの構成を説明するブロック図である。
【図２】同バイアス供給装置の具体的な回路構成を説明する図である。
【図３】従来の測定システムの構成を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  被試験デバイス、２  ネットワークアナライザー、３１，３２  バイアスＴ同軸アダプタ、４  バイアス供給電源、５  バイアス供給装置、１１Ｇ１，１１Ｇ２  グラウンド端子、１１Ｓ１，１１Ｓ２  バイアス端子、１２１，１２２  出力端子、１３  筐体、１４１，１４２，１５１，１５２，１６１，１６２，１７１，１７２  リアクタンス素子、Ｇ１，Ｇ２  グラウンド電位、Ｓ１，Ｓ２  バイアス電圧
【図１】
2006064665.tif 000003
【図２】
2006064665.tif 000004
【図３】
2006064665.tif 000005