CN108089114B - 一种功率半导体材料三维电磁显微装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率半导体材料三维电磁显微装置及方法，属于材料测试领域，装置包括信号发生单元、馈电网络、双定向耦合器、第一接收机、第二接收机以及传输线耦合金属探针；信号发生单元产生扫频微波信号加载至馈电网络匹配微波链路的传输阻抗，第一接收机检测计算由馈电网络方向传输至传输线金属耦合探针的微波信号的功率和相位，微波信号通过双定向耦合器加载至传输线耦合金属探针，和功率半导体材料耦合，产生反射信号，第二接收机接收并计算此反射信号的功率和相位，得到功率半导体内部对微波信号的冲击响应，传输线耦合金属探针扫描的每个点都重复上述操作，即完成功率半导体材料三维电磁显微成像。本发明可对功率半导体内部进行评估。
Description
技术领域
本发明属于材料测试领域，具体涉及一种功率半导体材料三维电磁显微装置及方法。
背景技术
目前微波功率半导体等芯片流片后，在缺陷检测环节中，一般采用高分辨率镜检的方式：一种是在片(On-wafer)的高分辨率光学显微，但他只能给出表面的光学特性；第二是用电子显微镜显微的方法，优点是分辨率高；还有原子力显微镜，显示表面的形貌特征。目前没有针对芯片的三维显微手段。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种功率半导体材料三维电磁显微装置及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种功率半导体材料三维电磁显微装置，包括信号发生单元、馈电网络、双定向耦合器、第一接收机、第二接收机以及传输线耦合金属探针；
信号发生单元，被配置为用于产生扫频微波信号或特定频率的微波信号，其输出端连接至馈电网络的输入端；
馈电网络，被配置为用于完成微波传输阻抗的匹配转换，其输出端连接至双定向耦合器的输入端；
双定向耦合器，被配置为用于将微波链路中的微波信号，按照各自的传播方向，耦合部分微波信号送入第一接收机和第二接收机接收，其输入端连接至馈电网络，其输出端连接至传输线耦合金属探针；
第一接收机，被配置为用于检测由信号发生单元产生的，至馈电网络及传输线耦合金属探针的输入微波信号，并分别计算输入微波信号的功率和相位，其输入端连接至双定向耦合器的输入耦合端；
第二接收机，被配置为用于检测由传输线耦合金属探针和被测功率半导体材料产生的反射微波信号，并分别计算信号的功率和相位，其输入端连接至双定向耦合器的输出耦合端；
传输线耦合金属探针为同轴传输线，其内导体突出被加工成针尖，针尖被配置为用于形成近似点电荷，形成nm级别的平面空间分辨率，传输线耦合金属探针的输入端连接至双定向耦合器，其输出端连接至被测功率半导体材料；
信号发生单元，产生扫频微波信号，记微波信号频率为f，加载至馈电网络，馈电网络匹配微波链路的传输阻抗，第一接收机检测由馈电网络方向传输至传输线耦合金属探针的微波信号，并计算此微波信号的功率P_0(f)和相位Fai_0(f)，微波信号通过双定向耦合器加载至传输线耦合金属探针，通过传输线耦合金属探针的针尖和功率半导体材料耦合，产生反射微波信号，反射微波信号通过传输线耦合金属探针，反向进入双定向耦合器，第二接收机接收由传输线耦合金属探针和被测功率半导体材料产生的反射微波信号，并计算此反射微波信号的功率P_1(f)和相位Fai_1(f)，得到由功率半导体材料耦合引起的微波反射信号和输入信号的幅度比为P_1(f)/P_0(f)，微波反射信号和输入信号的相位差为Fai_1(f)-Fai_0(f)，进行矢量组合计算，计算此时的功率半导体的频率响应F(f)，使用反傅里叶变换或其它频-时分析方法，分析频率响应F(f)，可得到功率半导体内部对微波信号的冲击响应Z(t)，传输线耦合金属探针在平面方向扫描的每个点都重复上述操作，即可完成功率半导体材料三维电磁显微成像。
此外，本发明还提到一种功率半导体材料三维电磁显微方法，该方法采用如上所述的一种功率半导体材料三维电磁显微装置，具体包括如下步骤：
步骤1：信号发生单元产生扫频微波信号，记微波信号频率为f，加载至馈电网络；
步骤2：馈电网络匹配微波链路的传输阻抗；
步骤3：第一接收机检测由馈电网络方向传输至传输线耦合金属探针的微波信号，并计算此微波信号的功率P_0(f)和相位Fai_0(f)；
步骤4：微波信号通过双定向耦合器加载至传输线耦合金属探针，通过传输线耦合金属探针的探针尖和功率半导体材料耦合，产生反射微波信号；
步骤5：步骤4产生的反射微波信号通过传输线耦合金属探针，反向进入双定向耦合器；
步骤6：第二接收机接收步骤5产生的反射微波信号，并计算此反射微波信号的功率P_1(f)和相位Fai_1(f)；
步骤7：得到由功率半导体材料耦合引起的微波反射信号和输入信号的幅度比为P_1(f)/P_0(f)，微波反射信号和输入信号的相位差为Fai_1(f)-Fai_0(f)，进行矢量组合计算，计算此时的功率半导体的频率响应F(f)；
步骤8：使用反傅里叶变换或其它频-时分析方法，分析频率响应F(f)，可得到功率半导体内部对微波信号的冲击响应Z(t)：
Z(t)＝ifft(F(f))；其中：ifft为反傅里叶变换；
步骤9：传输线耦合金属探针在平面方向扫描的每个点都重复步骤1-步骤8，即可完成功率半导体材料三维电磁显微成像。
本发明所带来的有益技术效果：
该发明可对功率半导体进行三维显微，定位材料掺杂的位置，相对平面显微，可对功率半导体提供更全面的失效分析和杂质检测，对功率半导体内部进行评估。
附图说明
图1为本发明一种功率半导体材料三维电磁显微装置的结构示意图。
其中，1-信号发生单元；2-馈电网络；3-双定向耦合器；4-第一接收机；5-第二接收机；6-传输线耦合金属探针。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1：
如图1所示的一种功率半导体材料三维电磁显微装置，包括信号发生单元1、馈电网络2、双定向耦合器3、第一接收机4、第二接收机5以及传输线耦合金属探针6；
信号发生单元1，被配置为用于产生扫频微波信号或特定频率的微波信号，其输出端连接至馈电网络2的输入端；
馈电网络2，被配置为用于完成微波传输阻抗的匹配转换，其输出端连接至双定向耦合器3的输入端；
双定向耦合器3，被配置为用于将微波链路中的微波信号，按照各自的传播方向，耦合部分微波信号送入第一接收机4和第二接收机5接收，其输入端连接至馈电网络2，其输出段连接至传输线耦合金属探针6；
第一接收机4，被配置为用于检测由信号发生单元1产生的，至馈电网络2及传输线耦合金属探针6的输入微波信号，并分别计算输入微波信号的功率和相位，其输入端连接至双定向耦合器3的输入耦合端。
第二接收机5，被配置为用于检测由传输线耦合金属探针6和被测功率半导体材料产生的反射微波信号，并分别计算信号的功率和相位，其输入端连接至双定向耦合器3的输出耦合端；
传输线耦合金属探针6为同轴传输线，其内导体突出被加工成针尖，针尖被配置为用于形成近似点电荷，形成nm级别的平面空间分辨率，传输线耦合金属探针6的输入端连接至双定向耦合器3，其输出端连接至被测功率半导体材料；
信号发生单元1产生扫频微波信号，记微波信号频率为f，加载至馈电网络2，馈电网络2匹配微波链路的传输阻抗，第一接收机4检测由馈电网络2方向传输至传输线耦合金属探针6的微波信号，并计算此微波信号的功率P_0(f)和相位Fai_0(f)，微波信号通过双定向耦合器3加载至传输线耦合金属探针6，通过传输线耦合金属探针6的探针尖和功率半导体材料耦合，产生反射微波信号，反射微波信号通过传输线耦合金属探针6，反向进入双定向耦合器3，第二接收机5接收由传输线耦合金属探针6和被测功率半导体材料产生的反射微波信号，并计算此反射微波信号的功率P_1(f)和相位Fai_1(f)，得到由功率半导体材料耦合引起的微波反射信号和输入信号的幅度比为P_1(f)/P_0(f)，微波反射信号和输入信号的相位差为Fai_1(f)-Fai_0(f)，进行矢量组合计算，计算此时的功率半导体的频率响应F(f)，使用反傅里叶变换或其它频-时分析方法，分析频率响应F(f)，可得到功率半导体内部对微波信号的冲击响应Z(t)，传输线耦合金属探针6在平面方向扫描的每个点都重复上述操作，即可完成功率半导体材料三维电磁显微成像。
实施例2：
在上述实施例的基础上，本发明还提到一种功率半导体材料三维电磁显微方法，具体包括如下步骤：
步骤1：信号发生单元产生扫频微波信号，记微波信号频率为f，加载至馈电网络；
步骤2：馈电网络匹配微波链路的传输阻抗；
步骤3：第一接收机检测由馈电网络方向传输至传输线耦合金属探针的微波信号，并计算此微波信号的功率P_0(f)和相位Fai_0(f)；
步骤4：微波信号通过双定向耦合器加载至传输线耦合金属探针，通过传输线耦合金属探针的探针尖和功率半导体材料耦合，产生反射微波信号；
步骤5：步骤4产生的反射微波信号通过传输线耦合金属探针，反向进入双定向耦合器；
步骤6：第二接收机接收步骤5产生的反射微波信号，并计算此反射微波信号的功率P_1(f)和相位Fai_1(f)；
步骤7：得到由功率半导体材料耦合引起的微波反射信号和输入信号的幅度比为P_1(f)/P_0(f)，微波反射信号和输入信号的相位差为Fai_1(f)-Fai_0(f)，进行矢量组合计算，计算此时的功率半导体的频率响应F(f)；
步骤8：使用反傅里叶变换或其它频-时分析方法，分析频率响应F(f)，可得到功率半导体内部对微波信号的冲击响应Z(t)：
Z(t)＝ifft(F(f))；其中：ifft为反傅里叶变换；
步骤9：传输线耦合金属探针在平面方向扫描的每个点都重复步骤1-步骤8，即可完成功率半导体材料三维电磁显微成像。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种功率半导体材料三维电磁显微装置，其特征在于：包括信号发生单元、馈电网络、双定向耦合器、第一接收机、第二接收机以及传输线耦合金属探针；
信号发生单元，被配置为用于产生扫频微波信号或特定频率的微波信号，其输出端连接至馈电网络的输入端；
馈电网络，被配置为用于完成微波传输阻抗的匹配转换，其输出端连接至双定向耦合器的输入端；
双定向耦合器，被配置为用于将微波链路中的微波信号，按照各自的传播方向，耦合部分微波信号送入第一接收机和第二接收机接收，其输入端连接至馈电网络，其输出端连接至传输线耦合金属探针；
第一接收机，被配置为用于检测由信号发生单元产生的，至馈电网络及传输线耦合金属探针的输入微波信号，并分别计算输入微波信号的功率和相位，其输入端连接至双定向耦合器的输入耦合端；
第二接收机，被配置为用于检测由传输线耦合金属探针和被测功率半导体材料产生的反射微波信号，并分别计算信号的功率和相位，其输入端连接至双定向耦合器的输出耦合端；
传输线耦合金属探针为同轴传输线，其内导体突出被加工成针尖，针尖被配置为用于形成近似点电荷，形成nm级别的平面空间分辨率，传输线耦合金属探针的输入端连接至双定向耦合器，其输出端连接至被测功率半导体材料；
信号发生单元，产生扫频微波信号，记微波信号频率为f，加载至馈电网络，馈电网络匹配微波链路的传输阻抗，第一接收机检测由馈电网络方向传输至传输线耦合金属探针的微波信号，并计算此微波信号的功率P_0(f)和相位Fai_0(f)，微波信号通过双定向耦合器加载至传输线耦合金属探针，通过传输线耦合金属探针的针尖和功率半导体材料耦合，产生反射微波信号，反射微波信号通过传输线耦合金属探针，反向进入双定向耦合器，第二接收机接收由传输线耦合金属探针和被测功率半导体材料产生的反射微波信号，并计算此反射微波信号的功率P_1(f)和相位Fai_1(f)，得到由功率半导体材料耦合引起的微波反射信号和输入信号的幅度比为P_1(f)/P_0(f)，微波反射信号和输入信号的相位差为Fai_1(f)-Fai_0(f)，进行矢量组合计算，计算此时的功率半导体的频率响应F(f)，使用反傅里叶变换或其它频-时分析方法，分析频率响应F(f)，可得到功率半导体内部对微波信号的冲击响应Z(t)，传输线耦合金属探针在平面方向扫描的每个点都重复上述操作，即可完成功率半导体材料三维电磁显微成像。
2.一种功率半导体材料三维电磁显微方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种功率半导体材料三维电磁显微装置，具体包括如下步骤：
步骤1：信号发生单元产生扫频微波信号，记微波信号频率为f，加载至馈电网络；
步骤2：馈电网络匹配微波链路的传输阻抗；
步骤3：第一接收机检测由馈电网络方向传输至传输线耦合金属探针的微波信号，并计算此微波信号的功率P_0(f)和相位Fai_0(f)；
步骤4：微波信号通过双定向耦合器加载至传输线耦合金属探针，通过传输线耦合金属探针的针尖和功率半导体材料耦合，产生反射微波信号；
步骤5：步骤4产生的反射微波信号通过传输线耦合金属探针，反向进入双定向耦合器；
步骤6：第二接收机接收步骤5产生的反射微波信号，并计算此反射微波信号的功率P_1(f)和相位Fai_1(f)；
步骤7：得到由功率半导体材料耦合引起的微波反射信号和输入信号的幅度比为P_1(f)/P_0(f)，微波反射信号和输入信号的相位差为Fai_1(f)-Fai_0(f)，进行矢量组合计算，计算此时的功率半导体的频率响应F(f)；
步骤8：使用反傅里叶变换或其它频-时分析方法，分析频率响应F(f)，可得到功率半导体内部对微波信号的冲击响应Z(t)：
Z(t)＝ifft(F(f))；其中：ifft为反傅里叶变换；
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