CN113049908A - 超导sfq标准工艺参数线下自动检测系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的一种超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统,所述系统包括:两台可编程高精度直流电流源,为待测单元提供激励电流;可编程高精度电压表,测量待测单元电压;可编程开关矩阵,分别接入各可编程高精度直流电流源和可编程高精度电压表,并连接到一或多个待测单元;低通滤波模块,分别接于两台可编程高精度直流电流源、及可编程高精度电压表与可编程开关矩阵之间,以滤除高频噪声;上位机,用于与可编程模块进行通讯交互;接线端子板,与测试治具连接以装载待测单元。本申请能够提高超导SFQ标准工艺参数线下检测的精度和效率。
Description
技术领域
本发明涉及超导SFQ工艺参数检测技术领域,特别是涉及一种超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统。
背景技术
超导SFQ(Single Flux Quantum)标准工艺参数检测是检查芯片成品质量从而优化工艺过程的必要环节。为此专门设计的PCM(Process Control Monitor)芯片的制备贯穿所有超导SFQ芯片的制备,其测试结果为工艺提供重要的反馈信息,也为评估同批次其他芯片的质量提供重要的依据。
待测单元可分为多种结构类型,每种结构反映不同的工艺技术,对应不同的数据处理方法。目前实验室使用的测试系统有两种:一种是采用直流电流源和电压表搭建的单通道测试系统,能够满足测试需求,缺点是一次只能测试一个单元,效率较低。另一种是美国Research Electronics Development公司研发的多通道的OCTOPUX系统,方便进行自动化测试,缺点在于其激励是电压源,在进行约瑟夫森结的测试时,当负载电阻发生突变时(超导的一个特性),回路中的电压电流处于一个不确定的状态,这种状况在测试由约瑟夫森结串联而成的结阵时更加突出。在测试电感时,需要两台直流电流源,一台提供偏置电流,一台提供调制电流,两者不能共地。电感测试原理如图1所示,调制电流I modulate的地必须独立,否则无法保证调制电流I modulate只流经待测电感L1。如果偏置电流I bias和调制电流I modulate共地,调制曲线将发生改变,从而无法测得电感L1。而多通道的OCTOPUX系统的所有电压源都共地,无法实现电感的测试,OCTOPUX系统的结构可参见图2。
因此,需要对现有的测试系统进行改进。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本申请的目的在于提供一种超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统,以解决现有测试系统中自动化程度不高或测试原理缺陷等问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本申请提供一种超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统,所述系统包括:两台可编程高精度直流电流源,为待测单元提供激励电流;可编程高精度电压表,测量待测单元电压;可编程开关矩阵,分别接入各可编程高精度直流电流源和可编程高精度电压表,并连接到一或多个待测单元;低通滤波模块,分别接于两台可编程高精度直流电流源、及可编程高精度电压表与可编程开关矩阵之间,以滤除高频噪声;上位机,用于与可编程模块进行通讯交互;接线端子板,与测试治具连接以装载待测单元。
于本申请的一实施例中,所述可编程高精度直流电流源设有与所述上位机进行通讯交互的通讯接口,其控制精度至少达到10-6安培。
于本申请的一实施例中,所述可编程高精度电压表设有与所述上位机进行通讯交互的通讯接口,其采集精度至少达到10-6伏特。
于本申请的一实施例中,所述开关矩阵是由多个开关组成的阵列,通过控制一或多个所述开关的打开或闭合状态以形成与一或多个所述待测单元连接的多种特定通路。
于本申请的一实施例中,所述可编程开关矩阵的行数大于等于可编程高精度直流电流源和可编程高精度电压表的系统接线端子总数;所述可编程开关矩阵的列数大于等于全部待测单元的测试接线端子总数,以保证全部待测单元的接线端子都能分别与开关矩阵的列相连;通过控制开关矩阵上不同节点开关的打开或闭合状态,依次使可编程高精度直流电流源和可编程高精度电压表与所有待测单元连接以进行测试。
于本申请的一实施例中,所述可编程开关矩阵设有与所述上位机进行通讯交互的通讯接口。
于本申请的一实施例中,所述接线端子板的一端与所述开关矩阵的列相连,另一端与装载一或多个所述测试单元的测试治具相连。
于本申请的一实施例中,所述系统可检测待测单元的工艺结构包括:非回滞约瑟夫森结、回滞约瑟夫森结、结阵、范德堡电阻、线电阻、通孔阵列、跨台阶线、梳状绝缘结构、及电感中任意一种或多种。
综上所述,本申请的一种超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统,所述系统包括:两台可编程高精度直流电流源,为待测单元提供激励电流;可编程高精度电压表,测量待测单元电压;可编程开关矩阵,分别接入各可编程高精度直流电流源和可编程高精度电压表,并连接到一或多个待测单元;低通滤波模块,分别接于两台可编程高精度直流电流源、及可编程高精度电压表与可编程开关矩阵之间,以滤除高频噪声;上位机,用于与可编程模块进行通讯交互;接线端子板,与测试治具连接以装载待测单元。
具有以下有益效果:
本申请能够提高超导SFQ标准工艺参数线下检测的精度和效率。
附图说明
图1显示为本申请于一实施例中电感测试的电路示意图。
图2显示为本申请于一实施例中OCTOPUX系统的电路示意图。
图3显示为本申请于一实施例中超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统的结构示意图。
图4显示为本申请于一实施例中超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统用于检测约瑟夫森结的结构示意图。
图5显示为本申请于一实施例中超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统用于检测电感的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想,虽然图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,但其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
在通篇说明书中,当说某部分与另一部分“连接”时,这不仅包括“直接连接”的情形,也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外,当说某种部分“包括”某种构成要素时,只要没有特别相反的记载,则并非将其它构成要素,排除在外,而是意味着可以还包括其它构成要素。
其中提到的第一、第二及第三等术语是为了说明多样的部分、成分、区域、层及/或段而使用的,但并非限定于此。这些术语只用于把某部分、成分、区域、层或段区别于其它部分、成分、区域、层或段。因此,以下叙述的第一部分、成分、区域、层或段在不超出本申请范围的范围内,可以言及到第二部分、成分、区域、层或段。
再者,如同在本文中所使用的,单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式,除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解,术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组,但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的,或意味着任一个或任何组合。因此,“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个:A;B;C;A和B;A和C;B和C;A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时,才会出现该定义的例外。
鉴于以上所述现有测试系统的缺点,本申请的目的在于提供一种超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统,用于解决现有测试系统中自动化程度不高或测试原理缺陷等问题。
如图1所示,展示为本申请一实施例中的超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统的流程示意图。如图所示,所述系统包括:
两台可编程高精度直流电流源110,为待测单元提供激励电流;其中,所述可编程高精度直流电流源110为通用可编程高精度直流电流源110即可。
优选地,一台可编程高精度直流电流源110提供偏置电流,另一台提供调制电流。
于多个实施方案中,所述可编程高精度直流电流源110设有与所述上位机150进行通讯交互的通讯接口,其控制精度至少达到10-6安培;
可编程高精度电压表120,测量待测单元电压,例如PCM芯片上包括多个待测单元。所述可编程高精度直流电流源110为通用可编程高精度电压表120即可。
于多个实施方案中,所述可编程高精度电压表120设有与所述上位机150进行通讯交互的通讯接口,其采集精度至少达到10-6伏特。
可编程开关矩阵130,分别接入各可编程高精度直流电流源110和可编程高精度电压表120,并连接到一或多个待测单元。
于本申请一实施例中,所述可编程开关矩阵130设有与所述上位机150进行通讯交互的通讯接口。
于本申请一实施例中,所述开关矩阵130是由多个开关组成的阵列,通过控制一或多个所述开关的打开或闭合状态以形成与一或多个所述待测单元连接的多种特定通路。
于本申请一实施例中,所述可编程开关矩阵130的行数大于等于可编程高精度直流电流源110和可编程高精度电压表120的系统接线端子总数。由于本申请包含2台可编程高精度直流电流源110和1台可编程高精度电压表120,故系统接线端子数为6个,所以可编程开关矩阵130的行数应该大于等于6个。
所述可编程开关矩阵130的列数大于等于全部待测单元的测试接线端子总数,以保证全部待测单元的接线端子都能分别与开关矩阵130的列相连。
其中,通过控制开关矩阵130上不同节点开关的打开或闭合状态,依次使可编程高精度直流电流源110和可编程高精度电压表120与所有待测单元连接以进行测试。
低通滤波模块140,分别接于两台可编程高精度直流电流源110、及可编程高精度电压表120与可编程开关矩阵130之间,以滤除高频噪声。
所述上位机150,用于与可编程模块进行通讯交互。
所述接线端子板160,与测试治具连接以装载待测单元。
于本申请一实施例中,所述接线端子板160的一端与所述开关矩阵130的列相连,另一端与装载一或多个所述测试单元的测试治具相连。
整体来说,基于本申请所述的超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统,可检测待测单元的工艺结构包括但不限于:非回滞约瑟夫森结、回滞约瑟夫森结、结阵、范德堡电阻、线电阻、通孔阵列、跨台阶线、梳状绝缘结构、及电感中任意一种或多种。
实施例1
如图4所示,本系统以检测约瑟夫森结为例,对本系统如何操作进行详细说明:
将本申请可编程开关矩阵130中位于第m行第n列的开关记为Kmn;可编程高精度直流电流源A110的电流输出正负极通过低通滤波模块140分别接到可编程开关矩阵130的行引出端1和2;可编程高精度直流电流源B110的电流输出正负极通过低通滤波模块140分别接到可编程开关矩阵130的行引出端3和4;可编程高精度电压表120的测量正负极通过低通滤波模块140分别接到可编程开关矩阵130的行引出端5和6;如PCM芯片上有一待测单元约瑟夫森结引出4个测试接线端子,通过测试治具和接线端子板160分别接到可编程开关矩阵130的第1、2、3、4列。
测试时,闭合开关K32、K43、K51、K64(图中线条较粗的开关),其他开关全部打开,那么K32的闭合连通了可编程高精度直流电流源B110的正极和待测单元的待测结的接线端子2,使电流从测试接线端子2流进待测结,K43的闭合连通了待测单元的待测结的测试接线端子4和可编程高精度直流电流源B110的负极,使电流流经待测结后从测试接线端子3流回到可编程高精度直流电流源B110的负极。电流流经的回路如图中加粗实线所示。
K51的闭合连通了可编程高精度电压表120的正极和待测结的测试接线端子1,K64的闭合连通了可编程高精度电压表120的负极和待测结的测试接线端子4,电压测量连线如图中加粗虚线所示。
通过上位机150程序控制K32、K43、K51、K64闭合后,控制可编程高精度直流电流源B110输出电流,控制可编程高精度电压表120采集电压,按一定规律重复“输出电流与采集电压”的过程,扫描出一条电流电压曲线,经特定的算法处理后,即可提取出相应的工艺参数。
例如结阵、范德堡电阻、线电阻、通孔阵列、跨台阶线、梳状绝缘结构等待测单元,都可以使用同样的方法进行测试。一个PCM芯片上包括多个待测单元,闭合相应开关,使待测单元依次接入本申请所述系统,即可遍历所有待测单元的测试。
实施例2
如图5所示,本系统以检测电感为例,对本系统如何操作进行详细说明:
同样,将将本申请可编程开关矩阵130中位于第m行第n列的开关记为Kmn。可编程高精度直流电流源A110的电流输出正负极通过低通滤波模块140分别接到可编程开关矩阵130的行引出端1和2,可编程高精度直流电流源B110的电流输出正负极通过低通滤波模块140分别接到可编程开关矩阵130的行引出端3和4,可编程高精度电压表120的电压测量正负极通过低通滤波模块140分别接到可编程开关矩阵130的行引出端5和6。PCM芯片上有待测单元电感引出6个接线端子,通过测试治具和接线端子板160分别接到可编程开关矩阵130的第1、2、3、4、5、6列,如下图所示。
测试时,闭合开关K11、K22、K33、K45、K54、K66(图中线条较粗的开关),其他开关全部打开,那么K11的闭合连通了可编程高精度直流电流源A110的正极和待测电感的接线端子1,使调制电流从1端流向待测电感,K22的闭合连通了待测电感的接线端子2和可编程高精度直流电流源A110的负极,使调制电流流经待测电感后从端子2流回到可编程高精度直流电流源A110的负极。调制电流流经的回路如图中加粗实线所示。
K33的闭合连通了可编程高精度直流电流源B110的正极和待测电感的接线端子3,使偏置电流从3端流向待测电感的测试电路,K45的闭合连通了测试电路的接线端子5和可编程高精度直流电流源B110的负极,使偏置电流流经测试电路后从端子5流回到可编程高精度直流电流源B110的负极。偏置电流流经的回路如图中加粗点划线所示。
K54的闭合连通了可编程高精度电压表120的正极和待测电感测试电路的接线端子4,K66的闭合连通了可编程高精度电压表120的负极和待测电感测试电路的接线端子6,电压测量连线如图中加粗虚线所示。
通过上位机150程序闭合K11、K22、K33、K45、K54、K66后,控制可编程高精度直流电流源B110输出一个固定的偏置电流,控制可编程高精度直流电流源A110输出一个调制电流,控制可编程高精度电压表120采集电压,按一定规律重复“输出调制电流与采集电压”的过程,扫描出一条调制电流电压曲线,经特定的算法处理后,即可提取出相应的工艺参数。
一个PCM芯片上包括多个待测电感(待测单元),闭合相应开关,使待测电感所在的测试电路依次接入本申请所述系统,即可遍历所有待测电感的测试。
综上所述,本申请提供的一种超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统,所述系统包括:两台可编程高精度直流电流源,为待测单元提供激励电流;可编程高精度电压表,测量待测单元电压;可编程开关矩阵,分别接入各可编程高精度直流电流源和可编程高精度电压表,并连接到一或多个待测单元;低通滤波模块,分别接于两台可编程高精度直流电流源、及可编程高精度电压表与可编程开关矩阵之间,以滤除高频噪声;上位机,用于与可编程模块进行通讯交互;接线端子板,与测试治具连接以装载待测单元。本申请能够提高超导SFQ标准工艺参数线下检测的精度和效率。
本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中包含通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本申请的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统,其特征在于,所述系统包括:
两台可编程高精度直流电流源,为待测单元提供激励电流;
可编程高精度电压表,测量待测单元电压;
可编程开关矩阵,分别接入各可编程高精度直流电流源和可编程高精度电压表,并连接到一或多个待测单元;
低通滤波模块,分别接于两台可编程高精度直流电流源、及可编程高精度电压表与可编程开关矩阵之间,以滤除高频噪声;
上位机,用于与可编程模块进行通讯交互;
接线端子板,与测试治具连接以装载待测单元。
2.根据权利要求1所述的超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统,其特征在于,所述可编程高精度直流电流源设有与所述上位机进行通讯交互的通讯接口,其控制精度至少达到10-6安培。
3.根据权利要求1所述的超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统,其特征在于,所述可编程高精度电压表设有与所述上位机进行通讯交互的通讯接口,其采集精度至少达到10-6伏特。
4.根据权利要求1所述的超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统,其特征在于,所述开关矩阵是由多个开关组成的阵列,通过控制一或多个所述开关的打开或闭合状态以形成与一或多个所述待测单元连接的多种特定通路。
5.根据权利要求4所述的超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统,其特征在于,所述可编程开关矩阵的行数大于等于可编程高精度直流电流源和可编程高精度电压表的系统接线端子总数;所述可编程开关矩阵的列数大于等于全部待测单元的测试接线端子总数,以保证全部待测单元的接线端子都能分别与开关矩阵的列相连;通过控制开关矩阵上不同节点开关的打开或闭合状态,依次使可编程高精度直流电流源和可编程高精度电压表与所有待测单元连接以进行测试。
6.根据权利要求1或4所述的超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统,其特征在于,所述可编程开关矩阵设有与所述上位机进行通讯交互的通讯接口。
7.根据权利要求1所述的超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统,其特征在于,所述接线端子板的一端与所述开关矩阵的列相连,另一端与装载一或多个所述测试单元的测试治具相连。
8.根据权利要求1所述的超导SFQ标准工艺参数线下自动检测系统,其特征在于,所述系统可检测待测单元的工艺结构包括:非回滞约瑟夫森结、回滞约瑟夫森结、结阵、范德堡电阻、线电阻、通孔阵列、跨台阶线、梳状绝缘结构、及电感中任意一种或多种。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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