CN107589360B - 半导体测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体测试装置及方法，半导体测试装置包括激光器、电源、第一金属片及第二金属片，第一金属片与第二金属片相对设置，用以将待测半导体夹设于第一金属片和第二金属片之间。第一金属片设置有电流输出端，第二金属片接地，电源与该第一金属片相连，为设置在该第一金属片及第二金属片之间的待测半导体提供电压。第一金属片开设有通孔，激光器发出的激光穿过该通孔抵达设置在该第一金属片与第二金属片之间的待测半导体，进而激发该待测半导体产生瞬态光电流并通过电流输出端输出。其中，该瞬态光电流用于计算该待测半导体的载流子迁移率。如此，可以不必在每次测试时进行金属电镀、光刻等复杂工艺，提高了测试的便捷性。

Description

半导体测试装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体测试技术领域，具体而言，涉及一种半导体测试装置及方法。

背景技术

目前，载流子迁移率是半导体材料的重要电学指标，常用的半导体载流子迁移率测试方法有霍尔效应法、飞行时间法等。目前，基于飞行时间法的测试方式中，需要首先在被测样品的上下表面电镀贵重复合金属电极(如，钛-金复合金、钛-银复合金等)，再在上电极进行光刻，以使激光入射到被测样品上。采用上述方式，在更换被测样品时，需要重复进行电镀、光刻等复杂工艺，成本昂贵且操作繁琐。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种半导体测试装置及方法，以改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种半导体测试装置，所述半导体测试装置包括激光器、电源、第一金属片以及第二金属片；所述第一金属片与所述第二金属片相对设置，用于将待测半导体夹设于所述第一金属片和第二金属片之间，以使所述第一金属片及第二金属片分别形成所述待测半导体的金属电极；

所述第一金属片设置有电流输出端，所述第二金属片接地，所述电源与所述第一金属片相连，为设置在所述第一金属片及第二金属片之间的待测半导体提供偏压；

所述第一金属片开设有通孔，所述激光器发出的激光穿过所述通孔抵达设置在所述第一金属片与第二金属片之间的待测半导体，进而激发该待测半导体产生瞬态光电流并通过所述电流输出端输出，所述瞬态光电流用于计算该待测半导体的载流子迁移率。

可选地，在上述装置中，所述装置还包括波形显示设备，所述波形显示设备与所述电流输出端相连，用于将所述瞬态光电流转换为波形并显示。

可选地，在上述装置中，所述波形显示设备通过前置放大器与所述电流输出端相连，所述前置放大器将所述瞬态光电流进行放大后传输至所述波形显示设备。

可选地，在上述装置中，所述待测半导体的厚度等于所述第一金属片与第二金属片之间的间隔距离，所述待测半导体通过导电粘合剂固定在所述第一金属片及第二金属片之间。

可选地，在上述装置中，所述第一金属片及第二金属片设置于滑槽中并可沿所述滑槽滑动，通过滑动所述第一金属片和/或所述第二金属片在所述第一金属片与第二金属片之间形成不同尺寸的间隔，用于放置不同尺寸的待测半导体。

可选地，在上述装置中，所述第一金属片设置于第一固定轴，所述第二金属片设置于可相对所述第一固定轴伸缩的第二固定轴，通过伸缩所述第二固定轴使所述第一金属片与第二金属片之间形成不同尺寸的间隔，用于放置不同尺寸的待测半导体。

可选地，在上述装置中，所述待测半导体的厚度小于所述第一金属片与第二金属片之间的间隔距离，所述第一金属片与第二金属片之间设置有固定结构，用于将所述待测半导体固定在所述第一金属片与第二金属片之间。

本发明实施例还提供一种半导体测试方法，应用于本发明实施例提供的半导体测试装置，所述方法包括：

将待测半导体固定在第一金属片与第二金属片之间，使待测半导体的两个侧面分别与所述第一金属片及第二金属片贴合，其中，所述第一金属片开设有通孔；

将所述第一金属片与电源相连，将所述第二金属片接地，为所述待测半导体提供恒定偏压；

控制激光器的出光口朝向所述通孔发射激光，使所述激光穿过所述通孔抵达所述待测半导体，激发所述待测半导体产生瞬态光电流并通过电流输出端输出，以用于计算所述待测半导体的载流子迁移率。

可选地，在本实施例中，所述待测半导体通过导电粘合剂被贴合于所述第一金属片及第二金属片之间。

可选地，在本实施例中，所述方法还包括：

将所述电流输出端通过前置放大器与波形显示设备相连，对所述电流输出端输出的瞬态光电流进行放大后再输出至所述波形显示设备。

本发明实施例提供的半导体测试装置及方法，将待测半导体夹设于相对设置的第一金属片及第二金属片之间，使待测半导体的两个侧面分别与该第一金属片及第二金属片贴合。通过在第一金属片开设通孔，使激光器发出的激光穿过该通孔抵达夹设于第一金属片及第二金属片之间的待测半导体，继而激发该待测半导体产生瞬态光电流，以用于计算该待测半导体的载流子迁移率。如此，可以不必在每次测试时在待测半导体的两个侧面进行金属电镀、光刻等复杂工艺，提高了测试的便捷性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种半导体测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第一金属片与第二金属片的一种位置示意图；

图3为本发明实施例提供的一种第一金属片及第二金属片的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种第一金属片及第二金属片的安装示意图；

图5(a)为本发明实施例提供的又一种第一金属片及第二金属片的安装示意图；

图5(b)为图5(a)中所示第一固定轴的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种半导体测试方法的流程示意图。

【附图标记】

100-半导体测试装置；110-激光器；120-电源；130-第一金属片；131-通孔；140-第二金属片；150-电流输出端；160-前置放大器；170-波形显示设备；180-滑槽；191-第一固定轴；1911-开口；1912-空腔；192-第二固定轴；1100-固定结构；200-待测半导体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

经发明人研究发现，常用的半导体载流子迁移率测试方法有霍尔效应法、飞行时间法等。其中，目前的基于飞行时间法的测试装置中，首先在半导体样品的上下两面分别电镀贵重复合金，再将其中一个电极进行光刻，以使激光入射到半导体样品上。采用这种方式进行测试，每更换一个半导体样品，就需要进行电镀、光刻等复杂操作，一方面，测试效率低，测试成本高；另一方面，测试前复杂的工艺流程容易对测试结果造成影响。

因而，本发明实施例提出了一种新的基于飞行时间法的半导体测试装置，能够更加简便快捷地完成测试。

如图1所示，是本发明实施例提供一种半导体测试装置100的结构示意图，所述装置包括激光器110、电源120、第一金属片130以及第二金属片140。

其中，所述第一金属片130与第二金属片140相对设置，用于将待测半导体200夹设于所述第一金属片130和第二金属片140之间。也即，所述第一金属片130与所述第二金属片140之间存在用于容纳待测半导体200的间隔，且所述间隔的尺寸可调。如此，所述第一金属片130及第二金属片140分别形成所述待测半导体200的金属电极。

实施时，可根据待测半导体200的尺寸调节所述间隔的大小，进而使所述待测半导体200设置在所述第一金属片130及第二金属片140之间时，所述待测半导体200的厚度小于或等于所述第一金属片130及第二金属片140之间的间隔距离。其中，所述待测半导体200的厚度是指所述待测半导体200朝向所述第一金属片130的侧面与朝向所述第二金属片140的侧面之间的距离。

在本实施例中，所述第一金属片130设置有电流输出端150，所述电流输出端150可以是一端与所述第一金属片130相连，一端可与外部设备相连的导线。所述第二金属片140接地，所述电源120与所述第一金属片130相连，从而为所述第一金属片130及第二金属片140提供恒定偏压。其中，所述第一金属片130经电阻R与所述电源120相连。

由于设置在所述第一金属片130及第二金属片140之间的待测半导体200可与所述第一金属片130及第二金属片140导电，因而，当所述第一金属片130连接至电源120，第二金属片140接地后，实际是为设置在所述第一金属片130及第二金属片140之间的待测半导体200提供了偏压。

可选地，所述半导体测试装置100还可以包括波形显示设备170，所述波形显示设备170与所述电流输出端150相连，用于将所述瞬态光电流转换为波形并进行显示。其中，所述波形显示设备170可以是示波器或其他可显示波形的电子设备，例如，安装有示波软件客户端的计算机等。

可选地，所述波形显示设备170与所述电流输出端150之间可以设置有前置放大器160，也即，所述波形显示设备170通过所述前置放大器160与所述电流输出端150相连，所述前置放大器160将待测半导体200产生的瞬态光电流放大后传输至所述波形显示设备170。其中，所述电流输出端150与所述前置放大器160之间还可以连接有电容C，用于隔绝直流电流。

可选地，在本实施例中，所述待测半导体200的两个侧面可以分别与所述第一金属片130级第二金属片140相贴合，并且所述贴合可以是直接贴合，也可以是通过导电材料间接贴合，只要所述待测半导体200能够与所述第一金属片130及第二金属片140导电即可。

例如，所述待测半导体200可通过导电粘合剂固定在所述第一金属片130及第二金属片140之间。详细地，所述第一金属片130与所述待测半导体200之间以及所述第二金属片140与所述待测半导体200之间均通过导电粘合剂固定。其中，所述导电粘合剂可以是导电银胶。

可选地，在本实施例中，所述待测半导体200的两个侧面也可均不与所述第一金属片130及第二金属片140相接触，此时，所述第一金属片130及第二金属片140仍可通过电磁感应与待测半导体200导电。在这一情形下，请参阅图2，所述待测半导体200可通过一固定结构1100固定在所述第一金属片130及第二金属片140之间。

在实际测试时，需根据待测半导体200上的电场计算该待测半导体200的载流子迁移率。当待测半导体200的两个侧面可以分别与所述第一金属片130及第二金属片140相贴合时，待测半导体200上的电场E可以直接根据公式E＝U/d计算得到，其中，U是电压120施加到第一金属片130与第二金属片140之间的偏压，d是待测半导体200的厚度。

请再次参阅图2，当待测半导体200的两个侧面均不与所述第一金属片130及第二金属片140相接触时，可根据如下公式计算得到待测半导体200上的电场E₁：

ε₁E₁＝ε₀E₀ (1)

E₁d+E₀(L-d)＝U (2)

联解上述式(1)和式(2)可以得到：

其中，E₀是待测半导体200与第一金属片130以及第二金属片140之间的悬空部分的电场强度，E₁是待测半导体200上的电场强度，U为施加到第一金属片130与第二金属片140之间的偏压，d是待测半导体200的宽度，L是第一金属片130与第二金属片140之间的间隔距离，ε₀是真空介电常数，ε₁是待测半导体200的介电常数。

在本实施例中，所述激光器110用于发射激光，所述激光用于照射待测半导体200的一侧，从而激发该待测半导体200的该侧产生电子-空穴对。所述电源120提供的外加电场迫使部分所述电子-空穴对分开，使其中的一种载流子(电子或空穴)在所述外加电场的驱使下漂移向所述待测半导体200的另一侧，所述载流子的漂移即形成瞬态光电流，通过对所述瞬态光电流进行分析即可得到所述待测半导体200的载流子迁移率。

如图3所示，所述第一金属片130开设有通孔131，使所述激光器110发出的激光穿过所述通孔131照射至设置在第一金属片130及第二金属片140之间的待测半导体200，进而激发该待测半导体200产生瞬态光电流并通过所述电流输出端150输出所述瞬态光电流。

可选地，在本实施例中，所述第一金属片130及第二金属片140可以有多种设置方式。例如图4所示，所述半导体测试装置100可以包括一滑槽180，所述第一金属片130及第二金属片140可以均设置在所述滑槽180中且可沿所述滑槽180滑动。其中，所述第一金属片130及第二金属片140与所述滑槽180相接处可以设置有固定件(如，卡扣)，用以将所述第一金属片130及第二金属片140与所述滑槽180相对固定。

实施时，通过滑动所述第一金属片130和/或所述第二金属片140，可以使所述第一金属片130与第二金属片140之间形成不同尺寸的间隔，用以放置不同尺寸的待测半导体200。并在将所述第一金属片130与第二金属片140滑动至目标位置后，通过所述固定件将所述第一金属片130及第二金属片140固定，避免其在使用过程中发生位移。

又如，请参阅图5(a)，所述待测半导体200装置还可以包括中空的第一固定轴191及可相对所述第一固定轴191伸缩的第二固定轴192。其中，如图5(b)所示，所述第一固定轴191开设有空腔1912以及位于所述第一固定轴191的一端并与所述空腔1912连通的开口1911，所述空腔1912及开口1911的形状和大小均与所述第二固定轴192相匹配。所述第二固定轴192可在所述空腔1912内滑动，从而相对所述第一固定轴191进行伸缩。

请一并参阅图5(a)和图5(b)，在本实施例中，所述第一金属片130设置于所述第一固定轴191开设有所述开口1911的一端，且所述第一金属片130垂直于所述第一固定轴191的上下表面。所述第二金属片140设置于所述第二固定轴192远离所述开口1911的一端，且与所述第一金属片130平行。

如此，即可通过伸缩所述第二固定轴192使所述第一金属片130及第二金属片140之间形成不同尺寸的间隔，用以放置不同尺寸的待测半导体200。

进一步地，在所述第一固定轴191开设所述开口1911的位置可以设置有卡接件，用于在所述第二固定轴192伸缩至目标位置后将所述第二固定轴192与所述第一固定轴191相对固定。

通过上述设计，可以直接将待测半导体200夹设在第一金属片130及第二金属片140之间，以对待测半导体200进行测试，而不必在每次测试前在待测半导体200的两个侧面进行电镀、光刻等复杂工艺，简便了测试流程，降低了复杂的测试工艺对测试结果造成的影响。

此外，由于宽禁带半导体在室温下具有较高的电阻率，通常只能采用飞行时间法进行测试，也即，飞行时间法在宽禁带半导体的载流子迁移率测试中应用最为广泛。因而，所述待测半导体200可以是宽禁带半导体。

请参阅图6，是本发明实施例提供的一种半导体测试方法的流程示意图，所述方法应用于本发明实施例提供的半导体测试装置100。下面将对图6所示的具体流程及步骤做详细阐述。

步骤S110，将待测半导体200夹设于第一金属片130与第二金属片140之间，使待测半导体200的两个侧面分别与所述第一金属片130及第二金属片140贴合。

其中，所述第一金属片130开设有通孔131。可选地，所述待测半导体200可以通过导电粘合剂被贴合于所述第一金属片130及第二金属片140之间。作为一种实施方式，所述导电粘合剂可以是导电银胶。

步骤S120，将所述第一金属片130及第二金属片140分别与电源120的正负极相连，为所述待测半导体200提供恒定偏压。

步骤S130，控制激光器110的出光口朝向所述通孔131发射激光，使所述激光穿过所述通孔131抵达所述待测半导体200，激发所述待测半导体200产生瞬态光电流并通过电流输出端150输出，以用于计算所述待测半导体200的载流子迁移率。

可选地，所述半导体测试方法还可以包括步骤S140。

步骤S140，将所述电流输出端150通过前置放大器160与波形显示设备170相连，对所述电流输出端150输出的瞬态光电流进行放大后再输出至所述波形显示设备170。

在本实施例中，关于所述半导体测试方法的描述具体可参考上述内容中对所述半导体测试装置100的相关部件的详细描述。

综上所述，本发明实施例提供的半导体测试装置100及方法，将待测半导体200夹设于相对设置的第一金属片130及第二金属片140之间，使待测半导体200的两个侧面分别与该第一金属片130及第二金属片140贴合。通过在第一金属片130开设通孔131，使激光器110发出的激光穿过该通孔131抵达夹设于第一金属片130及第二金属片140之间的待测半导体200，继而激发该待测半导体200产生瞬态光电流，以用于计算该待测半导体200的载流子迁移率。如此，可以不必在每次测试时在待测半导体200的两个侧面进行金属电镀、光刻等复杂工艺，提高了测试的便捷性。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种半导体测试装置，其特征在于，所述半导体测试装置包括激光器、电源、第一金属片以及第二金属片；所述第一金属片与所述第二金属片相对设置，用于将待测半导体夹设于所述第一金属片和第二金属片之间，以使所述第一金属片及第二金属片分别形成所述待测半导体的金属电极；

所述第一金属片设置有电流输出端，所述第二金属片接地，所述电源与所述第一金属片相连，为设置在所述第一金属片及第二金属片之间的待测半导体提供偏压；

所述第一金属片开设有通孔，所述激光器发出的激光穿过所述通孔抵达设置在所述第一金属片与第二金属片之间的待测半导体，进而激发该待测半导体产生瞬态光电流并通过所述电流输出端输出，所述瞬态光电流用于计算该待测半导体的载流子迁移率；

其中，所述半导体测试装置采用以下两种方式之一固定待测半导体：

所述第一金属片及第二金属片设置于滑槽中并可沿所述滑槽滑动，通过滑动所述第一金属片和/或所述第二金属片在所述第一金属片与第二金属片之间形成不同尺寸的间隔，用于放置不同尺寸的待测半导体；或者

所述第一金属片设置于第一固定轴，所述第二金属片设置于可相对所述第一固定轴伸缩的第二固定轴，通过伸缩所述第二固定轴使所述第一金属片与第二金属片之间形成不同尺寸的间隔，用于放置不同尺寸的待测半导体。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括波形显示设备，所述波形显示设备与所述电流输出端相连，用于将所述瞬态光电流转换为波形并显示。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述波形显示设备通过前置放大器与所述电流输出端相连，所述前置放大器将所述瞬态光电流进行放大后传输至所述波形显示设备。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的装置，其特征在于，所述待测半导体的厚度等于所述第一金属片与第二金属片之间的间隔距离，所述待测半导体通过导电粘合剂固定在所述第一金属片及第二金属片之间。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的装置，其特征在于，所述待测半导体的厚度小于所述第一金属片与第二金属片之间的间隔距离，所述第一金属片与第二金属片之间设置有固定结构，用于将所述待测半导体固定在所述第一金属片与第二金属片之间。

6.一种半导体测试方法，其特征在于，应用于权利要求1～5中任一项所述的半导体测试装置，所述方法包括：

将待测半导体夹设于第一金属片与第二金属片之间，使待测半导体的两个侧面分别与所述第一金属片及第二金属片贴合，其中，所述第一金属片开设有通孔；

将所述第一金属片与电源相连，将所述第二金属片接地，为所述待测半导体提供恒定偏压；

控制激光器的出光口朝向所述通孔发射激光，使所述激光穿过所述通孔抵达所述待测半导体，激发所述待测半导体产生瞬态光电流并通过电流输出端输出，以用于计算所述待测半导体的载流子迁移率。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述待测半导体通过导电粘合剂被贴合于所述第一金属片及第二金属片之间。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述电流输出端通过前置放大器与波形显示设备相连，对所述电流输出端输出的瞬态光电流进行放大后再输出至所述波形显示设备。

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