FR2803915A1

FR2803915A1 - Dispositif et procede pour tester des circuits integres a l'aide d'un faisceau laser pulse differentiel

Info

Publication number: FR2803915A1
Application number: FR0100299A
Authority: FR
Inventors: Steven A Kasapi; Chun Cheng Tsao; Seema Somani
Original assignee: Schlumberger Technologies Inc
Current assignee: Schlumberger Technologies Inc
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2001-07-20
Also published as: TW517164B; JP4806490B2; DE10100816A1; JP2001255354A; KR20010104199A; US6252222B1

Abstract

Ce dispositif comprend une source (60) de production d'une impulsion de lumière, un diviseur (64) que rencontre l'impulsion de lumière, qui de ce fait divisée en deux impulsions (A, B); un support pour le dispositif à semiconducteurs, un second diviseur (74), que rencontrent les impulsions (A, B) après avoir interagi avec le dispositif à semiconducteurs, ce qui a pour effet que les impulsions sont séparées spatialement, des premier et second détecteurs (D1, D2, 78, 82) agencés de manière à détecter chacun l'une des deux impulsions séparées, et un soustracteur (84) couplé aux premier et second détecteurs.Application notamment au test de circuits intégrés à semiconducteurs à l'aide de faisceaux laser.

Description

La présente invention concerne le test de dispositifs à circuits intégrés

à l'aide d'un

faisceau laser.

Paniccia et al. décrivent (voir le résumé) dans le brevet US 5 872 360 déposé le 16 Février 1999 un procédé et un dispositif pour détecter un champ électrique dans les régions actives d'un circuit intégré installé. Dans une forme de mise en oeuvre, un faisceau laser est produit avec une longueur d'onde proche de la bande interdite du matériau semiconducteur du circuit intégré, tel que du silicium. Le faisceau laser est focalisé dans une jonction P-N, comme par exemple la région de drain d'un transistor MOS. Lorsqu'un champ électrique externe est appliqué à la jonction P-N comme lorsque par exemple la région de drain du transistor est le siège d'une commutation, le degré de photo-absorption est modulé en fonction de la modulation du

champ électrique sous l'effet du phénomène d'électro-

absorption. L'électro-absorption conduit également à une électroréfraction qui conduit à une modulation du coefficient de réflexion pour la lumière du faisceau laser

réfléchie par l'interface jonction P-N/oxyde.

Wilsher et al. ont décrit dans le brevet US 975 577 déposé le 18 Mai 1999, le test de circuits intégrés à l'aide d'un faisceau laser double. Un faisceau laser double est utilisé pour échantillonner la forme d'onde dans un circuit intégré (DUT) pendant chaque cycle

d'un profil de test de signal électrique appliqué au cir-

cuit DUT. Pour chaque cycle de fonctionnement du profil de test (du dispositif soumis au test), le faisceau de sonde et également un faisceau laser de référence échantillonnent le circuit DUT au même emplacement physique, mais à des instants réciproquement décalés. Chaque mesure de référence est effectuée à un instant fixe par rapport au profil de test, alors que les mesures de sonde sont explorées dans la partie temporelle du profil de test, à laquelle on s'intéresse, d'une manière utilisée pour un échantillonnage temporel équivalent, pour reconstituer la forme d'onde. Pour chaque cycle de test, le rapport de la mesure de la sonde et de la mesure de référence est formé pour réduire des fluctuations dues au bruit. La figure 6 de Wilsher et al. illustre un système dans lequel une source laser en mode bloqué délivre des impulsions de test. Cette source laser délivre des impulsions laser de brève durée avec un taux de répétitions du laser à fréquence élevée. Une source laser de référence délivre un faisceau laser utilisé pour former les impulsions laser de référence. De façon typique la source laser de référence est un laser à onde continue. Les impulsions laser délivrées par la source laser de sonde et la source laser de référence sont toutes deux modulées optiquement et guidées vers un dispositif combinateur de faisceaux au moyen d'un système optique de déviation du faisceau. Les impulsions laser combinées résultantes sont focalisées par un coupleur à fibre optique dans un microscope à balayage laser. C'est pourquoi les impulsions laser sont délivrées par deux sources séparées. Le faisceau laser combiné résultant est dirigé sur le dispositif DUT, est réfléchi par ce dernier et est dirigé par un photodétecteur. L'impulsion de sonde et l'impulsion de référence, qui atteignent le photodétecteur d'une manière décalée dans le temps, sont détectées séparément et numérisées.

Bien que la formation du rapport entre l'impul-

sion laser de sonde et l'impulsion laser de référence réfléchies réduise fortement la sensibilité de la mesure au bruit, plusieurs facteurs peuvent limiter la suppression du bruit et empêcher que la mesure atteigne la limite du bruit de grenaille. (Le bruit de grenaille est le bruit propre dans un faisceau laser). Par exemple la modulation de l'amplitude réfléchie d'une impulsion laser due à une activité électrique dans le dispositif DUT est faible par rapport à l'amplitude totale réfléchie. Par conséquent le signal modulé, auquel on s'intéresse, présente un décalage important de composante continue, qui limite fortement la gamme dynamique et effective, avec laquelle le signal modulé est numérisé. De même le bruit dans l'impulsion laser de référence et dans l'impulsion laser de sonde, dont les longueurs d'onde peuvent différer, peut être imparfaitement corrélée en raison d'interactions, qui dépendent des longueurs d'onde, avec le dispositif DUT

ainsi qu'en raison du décalage temporel entre les impul-

sions. Ce qui est nécessaire, c'est de disposer d'une sonde optique pour des circuits intégrés qui sont le siège

d'un bruit.

Le présent procédé et le présent dispositif concernent, comme décrit précédemment, la mesure d'une

activité électrique dans un circuit intégré. Deux impul-

sions laser sont délivrées par la même source, qui est

formée d'un seul laser dans une forme de réalisation.

Sinon, les deux impulsions peuvent être délivrées par une source non cohérente. Les deux impulsions échantillonnent l'activité électrique dans le circuit intégré, par exemple à deux instants séparés par un retard At, At pouvant être nul. Les deux impulsions sont ensuite détectées séparément moyennant l'utilisation de photodétecteurs identiques appropriés, et les deux signaux résultants sont soustraits l'un de l'autre. La différence résultante annule tout signal de bruit en mode commun, du type induit à la fois par une vibration mécanique et un bruit dans l'amplitude du laser délivré par la source laser. Avec des photodétecteurs ayant une précision appropriée, le système détecte aisément la limite du bruit de grenaille réglée par le nombre de

photons dans le faisceau laser.

Deux impulsions séparées par un retard non nul At sondent l'activité électrique dans le dispositif DUT, à différents instants. Si les deux impulsions interagissent avec le dispositif DUT avec des intensités similaires

d'interaction, le signal de différence résultant est pro-

portionnel à la dérivée de la forme d'onde qui a été pro-

duite avec une solution de sondage avec une seule impul-

sion. Deux impulsions, qui coïncident dans le temps

(At = 0), échantillonnent simultanément l'activité élec-

trique dans le dispositif DUT. Si les impulsions inter-

agissent avec le dispositif DUT avec des intensités d'interaction similaires, le signal de différence résultant est nul. Un signal de différence non nul est obtenu si les impulsions interagissent avec le dispositif DUT avec des intensités d'interaction différentes. Par exemple, si les deux impulsions possèdent des polarisations linéaires orthogonales et si les interactions avec le dispositif DUT dépendent de la polarisation, le signal de différence résultant est proportionnel à la forme d'onde qui aurait été produite avec une solution de sondage avec une seule impulsion, mais atteint la limite du bruit de grenaille. La différence d'interaction avec le dispositif DUT de deux impulsions ayant des longueurs d'onde différentes peut être

exploitée de façon similaire.

De façon plus précise l'invention concerne un

procédé pour détecter une activité électrique dans un dis-

positif à semiconducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: produire une première impulsion de lumière, diviser la première impulsion de lumière en deux impulsions, diriger les deux impulsions sur le dispositif à semiconducteurs, séparer les deux impulsions spatialement après qu'elles ont interagi avec le dispositif à semiconducteurs, détecter chacune des deux impulsions séparées, et

déterminer une différence entre les deux impul-

sions détectées.

Selon une autre caractéristique de l'invention,

la première impulsion de lumière est délivrée par un laser.

Selon une autre caractéristique de l'invention,

le laser est un laser à mode bloqué.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux impulsions sont dirigées suivant le même trajet en

direction du dispositif à semiconducteurs.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étape consistant à diriger les deux impulsions sur le dispositif à semiconducteurs inclut la propagation des deux

impulsions à travers le dispositif à semiconducteurs.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le fait de diriger les deux impulsions sur le dispositif à semiconducteurs inclut une polarisation circulaire des deux impulsions avec des hélicités différentes avant qu'elles

interagissent avec le dispositif à semiconducteurs.

Selon une autre caractéristique de l'invention, un retard est introduit entre les deux impulsions avant

l'envoi des deux impulsions au dispositif à semiconduc-

teurs. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étape de division inclut une modification mécanique du retard. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étape de division inclut le fait de diriger la première impulsion vers un polariseur linéaire, ce qui a pour effet que les deux impulsions sont délivrées avec des polarisations linéaires orthogonales, et en outre qu'il est prévu une étape d'égalisation d'une amplitude des deux impulsions. Selon une autre caractéristique de l'invention, la longueur d'onde d'au moins l'une des deux impulsions est décalée avant l'envoi des deux impulsions au dispositif à semiconducteurs, de sorte que les deux impulsions ont des

longueurs d'onde différentes.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comprend en outre les étapes consistant à: amplifier la différence, et convertir la différence amplifiée en un signal numérique. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comporte en outre les étapes consistant à:

déplacer une position sur le dispositif à semi-

conducteurs, au niveau de laquelle les deux impulsions arrivent, et détecter les deux impulsions en chacune d'une

pluralité de positions sur le dispositif à semiconducteurs.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comprend en outre les étapes consistant à:

diviser en outre les deux impulsions pour pro-

duire au moins deux impulsions additionnelles avant de

diriger les deux impulsions sur le dispositif à semicon-

ducteurs, diriger les impulsions additionnelles suivant un

trajet de référence, en produisant de ce fait des impul-

sions de référence, et combiner chacune des deux impulsions à au moins l'une des impulsions de référence, après que les deux

impulsions ont interagi avec le dispositif à semiconduc-

teurs et avant la détection de chacune des impulsions séparées, de sorte que chacune des impulsions chevauche au moins l'une des impulsions de référence dans l'espace et dans le temps, et de telle sorte que l'étape de détection de chacune des impulsions séparées comprend la détection des impulsions séparées combinées aux impulsions de

référence.

Selon une autre caractéristique de

l'invention, le procédé comprend en outre l'étape d'ajuste-

ment de la longueur du trajet de référence avec une boucle de réaction pour maintenir le chevauchement dans le temps des deux impulsions avec les impulsions de référence. L'invention concerne en outre un dispositif pour détecter une activité électrique dans un dispositif à semiconducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend: une source de production d'une impulsion de lumière, un diviseur, que rencontre l'impulsion de lumière, ce qui a pour effet que l'impulsion de lumière est divisée en deux impulsions; un support pour le dispositif à semiconducteurs, que rencontrent les deux impulsions,

un second diviseur, que rencontrent les impul-

sions après avoir interagi avec le dispositif à semicon-

ducteurs, ce qui a pour effet que les impulsions sont séparées spatialement, des premier et second détecteurs agencés de

manière à détecter chacun l'une des deux impulsions sépa-

rées, et un soustracteur couplé aux premier et second détecteurs. Selon une caractéristique de l'invention, la

source est un laser.

Selon une caractéristique de l'invention, le

laser est un laser à mode bloqué.

Selon une caractéristique de l'invention, les

deux impulsions sont dirigées sur le même trajet en direc-

tion du dispositif à semiconducteurs.

Selon une caractéristique de l'invention, les

deux impulsions sont dirigées vers le dispositif à semi-

conducteurs. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comporte en outre une plaque de transfert d'onde de sorte que les deux impulsions rencontrant le dispositif à semiconducteurs sont polarisées circulairement

avec des hélicités opposées.

Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comporte en outre un trajet de retardement pour

introduire un retard entre les deux impulsions.

Selon une caractéristique de l'invention, le diviseur, que rencontre l'impulsion de lumière, est un diviseur de polarisation, ce qui a pour effet que les deux

impulsions sont pourvues de polarisations linéaires ortho-

gonales. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comporte en outre: un amplificateur couplé au soustracteur, et un convertisseur analogique/numérique couplé à

une borne de sortie de l'amplificateur.

Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comporte en outre un mécanisme couplé de manière

à déplacer le support par rapport aux impulsions.

Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comporte en outre un interféromètre situé dans un trajet optique entre le diviseur et le support, l'interféromètre comprenant un bras de référence possédant

une longueur de trajet de référence.

Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comporte en outre une boucle de réaction pour

régler la longueur du trajet de référence.

D'autres caractéristiques et avantages de la

présente invention ressortiront de la description donnée

ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur les-

quels: - la figure 1 représente un schéma-bloc d'un dispositif selon la présente invention; - la figure 2 représente le dispositif de la figure 1 d'une manière plus détaillée;

- la figure 3 représente une autre forme de réa-

lisation du dispositif de la figure 2; - la figure 4 représente d'une manière plus détaillée le dispositif de la figure 3; - les figures 5A, 5B, 5C et 5D représentent des formes d'ondes expliquant le fonctionnement du dispositif de la figure 1; et - les figures 6A et 6B représentent une mesure de modulation d'amplitude différentielle faite utilisant le

dispositif de la figure 1.

Un laser pulsé unique est utilisé pour sonder des circuits intégrés avec une sensibilité limitée par le bruit de grenaille. Une seule impulsion laser fournit deux impulsions laser. Avant d'interagir avec un dispositif échantillon que l'on teste (DUT), les deux impulsions laser possèdent des bruits identiques étant donné qu'elles sont tirées de la même impulsion laser. Après avoir interagi avec le dispositif DUT, les impulsions laser possèdent un bruit additionnel introduit par une vibration du dispositif DUT, mais à nouveau les bruits des deux impulsions sont corrélés étant donné que l'intervalle de temps entre les deux impulsions est très bref. Par conséquent le signal de différence entre les deux signaux de courant photovoltaïque induits par les deux impulsions dans des détecteurs photosensibles associés ne contient aucun bruit excessif induit par le laser ni aucun bruit excessif induit par une vibration (provenant du dispositif DUT). Le bruit restant est limité au bruit de grenaille si les photodétecteurs et les amplificateurs associés ont un bruit suffisamment faible et sont suffisamment adaptés. Un seul détecteur et amplificateur peut être utilisé avec un circuit de retardement si le détecteur et l'amplificateur ont des

temps de réponse suffisamment brefs. Le signal de dif-

férence est la différence entre l'interaction de la pre-

o mière impulsion de sonde avec le dispositif DUT et l'interaction de la seconde impulsion de sonde avec le dispositif DUT. Différents procédés bien connus peuvent être utilisés pour reproduire un signal variable dans le temps à partir du signal de différence.

La figure 1 représente un schéma-bloc d'un dis-

positif selon une forme de réalisation. Une source de

lumière 60 qui inclut un laser délivre une série d'impul-

sions. Sinon les impulsions sont délivrées par une source de lumière incohérente telle qu'une diode photoémissive ou une lampe. Chaque impulsion est ensuite divisée en deux impulsions dans le bloc 64 et les deux impulsions sont

retardées l'une par rapport à l'autre et recombinées opti-

quement. On va donner des détails ci-après à cet égard. Les deux impulsions, désignées comme étant les impulsions A et

B, présentent entre elles de façon typique un léger retard.

Les impulsions A et B interagissent ensuite avec le dispositif DUT 68. Après avoir interagi avec le dispositif DUT 68, les impulsions sont ensuite séparées optiquement par l'élément séparateur 74 à nouveau en des impulsions A et B. L'élément séparateur 74 sépare spatialement les deux impulsions A et B en les dirigeant vers des détecteurs différents. L'impulsion A est appliquée à un (premier) détecteur D2 78 et l'impulsion B est appliquée à un (second) détecteur Dl 82; ce sont des photodétecteurs classiques. Les signaux résultants provenant des détecteurs Dl et D2 sont ensuite soustraits l'un de l'autre dans un soustracteur 84. Le signal de différence délivré par le soustracteur 84 est ensuite amplifié par un amplificateur 88 et est appliqué à un convertisseur analogique/numérique 92, qui fait partie d'un processeur (ordinateur) 100 qui traite de façon classique et délivre les signaux résultants à l'utilisateur. Différentes parties du dispositif DUT sont sondées au moyen du déplacement du dispositif DUT ou bien au moyen du déplacement de l'ensemble optique par rapport

au dispositif DUT.

Avantageusement, tout bruit induit dans les deux impulsions A et B dans le dispositif DUT 68 est annulé lorsque les deux signaux de courant photovoltaïque sont soustraits l'un de l'autre par le soustracteur 84. Toute

vibration mécanique du dispositif DUT 68 ayant une fré-

quence inférieure à 1/At, At étant l'écart dans le temps

séparant les deux impulsions, est de ce fait annulée.

Ce dispositif requiert seulement une seule source laser 60, qui est de préférence un laser pulsé fournissant une impulsion de brève durée. Ce dispositif est insensible au bruit du laser et ne requiert pas la formation du rapport de deux signaux pour annuler le bruit. Ce dispositif est intrinsèquement limité au bruit de grenaille étant donné que les deux impulsions A et B sont délivrées par la même source laser 60, et que le signal électrique délivré par le soustracteur 84 est une différence des signaux électriques produits par chacune des impulsions A et B. Les deux impulsions et les deux détecteurs peuvent être équilibrées par réglage d'énergies d'impulsions et du gain du détecteur de sorte qu'il n'existe aucun décalage de courant continu dans le signal de différence lorsqu'il

n'existe aucune activité électrique dans le dispositif DUT.

Le signal de différence peut être amplifié par l'amplificateur 88 de manière à tirer complètement parti de la gamme dynamique du convertisseur analogique/numérique 92. Le type de cette solution à deux impulsions permet de caractériser et éventuellement de tirer parti de tout

caractère d'ingérence de l'interaction avec le photo-

semiconducteur. Par exemple la première impulsion pourrait produire des paires électron-trou dans la jonction et la

seconde impulsion pourrait sonder les paires électron-trou.

La figure 2 représente une forme de réalisation

du dispositif de la figure 1, dans laquelle les mêmes élé-

ments sont désignés par les mêmes chiffres de référence.

Dans un exemple, la source laser 60 est un laser au Nd:YAG à mode bloqué, qui délivre les impulsions de lumière (un faisceau) telles que représentées avec une largeur (durée) d'impulsion d'environ 32 ps et une longueur d'onde centrale de 1,64 pum. La polarisation des impulsions de lumière est pivotée par une plaque demi-onde 104 située dans le dispositif optique diviseur 64. Les impulsions sont ensuite divisées chacune en fonction de leur polarisation linéaire par un cube 106 formant diviseur de faisceau de polarisation (PBS). Dans un bras optique, le faisceau de lumière traverse une plaque quart-d'onde 110 et est réfléchi par le miroir 114. Le miroir 114 est réglable de sorte qu'après réflexion, le faisceau laser revient sur son trajet. La plaque quart-d'onde 110 est ajustée de telle sorte que la polarisation linéaire du faisceau est pivotée de 90 sur le trajet de retour. Sur le trajet de retour, le faisceau traverse à nouveau le cube 106 formant diviseur de

faisceau de polarisation.

Dans l'autre bras (trajet de retardement) du

système optique diviseur 64, le faisceau de lumière pola-

risé orthogonalement traverse une autre plaque quart-d'onde et est réfléchi par un second miroir 124, qui a été réglé de telle sorte que le faisceau revient sur son trajet et que sa polarisation est alors pivotée de 900. Sur le trajet de retour, ce faisceau est réfléchi sur le cube formant diviseur de faisceau de polarisation 106 et est combiné à l'autre faisceau. Le miroir 124 peut être également réglé de manière à permettre l'obtention d'une différence de longueur de trajet entre ce bras et l'autre bras (incluant le miroir 114). Lorsque les deux impulsions A et B sont combinées, le retard At entre eux peut par conséquent être réglé au moyen du déplacement du miroir 124. De façon typique ce déplacement s'effectue dans la direction verticale dans le plan du dessin. Le retard At est nul si les longueurs des trajets des deux bras sont identiques.

Les impulsions A et B se propagent ensuite exac-

tement le long du même trajet que celui représenté, qui s'étend à partir du diviseur de faisceau de polarisation 106. Les impulsions A et B traversent ensuite le cube 130 formant diviseur de faisceau sans polarisation (NPBS). Puis elles interagissent comme cela est représenté avec le dispositif DUT (échantillon) 68 et sont réfléchies par le

dispositif DUT. Les impulsions A et B sont ensuite réflé-

chies par un cube formant diviseur de faisceau sans pola-

risation 130, puis sont séparées à nouveau en des impul-

sions A et B par l'élément séparateur 74, qui dans ce cas

est un cube formant diviseur de faisceau de polarisation.

L'impulsion A est ensuite détectée par le photo-

détecteur 78 et l'impulsion B est détectée par le photodé-

tecteur 82 comme sur la figure 1. Les photodétecteurs 78 et 82 sont par exemple des photorécepteurs à largeur de bande de 200 kHz New Focus, modèle 2001, fourni par New Focus Inc. de Santa-Clara, Californie. Naturellement en aval des photodétecteurs 78 et 82 le signal est électrique et non optique. Le signal électrique délivré par le détecteur 78 est amplifié par l'amplificateur 134 et le signal de sortie délivré par le détecteur 82 est amplifié par l'amplificateur 136. Les deux signaux amplifiés sont ensuite soustraits l'un de l'autre par le soustracteur 84 et, comme sur la figure 1, le signal de différence est

envoyé au convertisseur analogique/numérique 92.

Alternativement, les impulsions A et B se propagent à travers le dispositif DUT 68, sont réfléchies par le dispositif DUT 68 par le système optique réfléchissant en direction du cube formant diviseur de faisceau sans polarisation 130, puis sont envoyées aux détecteurs 78 et 82. Les impulsions peuvent également se propager à travers le dispositif DUT 68, être séparées par un élément de séparation et être envoyées aux détecteurs 78

et 82.

Le courant photovoltaïque détecté par chacun des photodétecteurs 78 et 82 contient à la fois le signal désiré et un bruit présent dans les impulsions laser. Ce bruit peut provenir d'une vibration du dispositif DUT 68 ou du bruit présent dans les impulsions laser délivrées par la source laser 60. Le soustracteur (circuit de formation de différence) 84 annule le bruit commun entre les deux impulsions, quelle que soit la source, en laissant subsister uniquement les fluctuations intrinsèques des bruits de grenaille. De façon typique l'ordinateur 100 fournit une représentation graphique ou d'autres affichages du signal de différence à l'utilisateur, l'affichage étant

le type classique.

Une variante du dispositif de la figure 2 applique la mesure du déphasage différentiel entre les deux impulsions A et B, qui est provoqué par l'activité électrique dans le dispositif DUT, par addition d'un

interféromètre à la partie optique du système. Une repré-

sentation simplifiée du dispositif de mesure de déphasage différentiel est représentée sur la figure 3, qui contient des éléments sensiblement identiques à ceux de la figure 2,

moyennant l'adjonction de l'interféromètre.

L'interféromètre inclut un cube additionnel 139 formant diviseur de faisceau sans polarisation additionnel (NPBS), qui transmet partiellement les deux impulsions A et B et les réfléchit partiellement en tant qu'impulsions de référence A' et B'. Le cube 130 formant diviseur de faisceau sans polarisation transmet également partiellement les deux impulsions A et B. Les impulsions A et B interagissent avec le dispositif DUT 68 comme précédemment et sont réfléchies à l'endroit o elles sont partiellement réfléchies par le second cube 130 formant diviseur de faisceau sans polarisation, comme indiqué précédemment. Les impulsions réfléchies A" et B" sont représentées comme étant combinées aux impulsions de référence A' et B' par un cube additionnel 144 formant diviseur de faisceau sans polarisation par réflexion des impulsions A' et B' par le miroir 141. Le miroir 141 peut être réglé à l'aide d'un élément piézoélectrique (non représenté) de telle sorte que l'ensemble des impulsions A" et B" et l'ensemble des impulsions A' et B' interfèrent entre eux pour fournir l'effet d'interférométrie. Ceci requiert que les impulsions A" et A' se chevauchent dans l'espace et dans le temps au niveau d'un détecteur et que les impulsions B" et B' se chevauchent dans l'espace et dans le temps au niveau de l'autre détecteur. La plaque demionde assume la fonction de réglage de la polarisation des impulsions de référence A' et B' pour compenser toute dépendance du cube NPBS 144 vis-àvis d'une polarisation résiduelle. Le reste du dispositif est identique à celui de

la figure 2.

La figure 4 représente des détails concernant le système de mesure de déphasage différentiel représenté sous forme simplifiée sur la figure 3. La figure 4 représente des éléments non présents sur la figure 3. Le diviseur de faisceau 130 réalise à la fois une division et une recombinaison, de sorte que des diviseurs de faisceaux 139 et 144 de la figure 3 ne sont pas nécessaires. Sur la figure 4, la source laser 60 inclut le laser actuel 146, un dispositif de production d'impulsions 148, et un miroir 150

de manière à replier le trajet optique à titre de com-

modité. Le bloc 60 délivre l'impulsion laser comme cela est représenté.Le diviseur d'impulsions/générateur de retard 64 inclut les mêmes éléments que sur la figure 2 et sur la figure 3 (on notera que pour la commodité de la

description, les impulsions sont représentées sous la forme

de pics pointus sur la figure 4 plutôt que de pics arrondis comme sur la figure 3. Naturellement les pics arrondis représentent mieux les impulsions laser réelles). Le retard induit At des impulsions est représenté graphiquement dans le bloc 64 comme se situant entre les impulsions A et B. Les impulsions A et B sont réfléchies par les miroirs 152 et 154, utilisés à titre de commodité en tant que trajets optiques. Dans ce cas, une lentille d'objectif

156 est disposée directement en amont du dispositif DUT 68.

L'interféromètre représenté de façon simplifiée sur la figure 3 est représenté d'une manière beaucoup plus détaillée dans le bloc 160. Dans l'interféromètre il est prévu une lentille d'objectif 162 et un dispositif d'entraînement piézoélectrique 164 pour positionner le miroir 141. Il est également prévu, à titre de commodité,

un miroir 166 de repliage du trajet de référence. La len-

tille d'objectif 162 règle la collimation du bras de réfé-

rence de l'interféromètre pour adapter la collimation du

bras contenant le dispositif DUT. On notera qu'une table x-

y facultative 163 de support du dispositif DUT est représentée sur la figure 4, ainsi qu'un dispositif 165 qui

lui est associé.

Des miroirs 168, 170, 172 disposés en aval de l'interféromètre et associés au diviseur de faisceau de polarisation 74, sont utilisés à titre de commodité pour le trajet optique. De même dans la partie électronique 170, en plus des éléments décrits précédemment, il est prévu une boucle de réaction incluant un amplificateur 171, un circuit 174 de traitement des signaux et un amplificateur haute tension 178 délivrant un signal de réaction tel que représenté par des lignes formées de tirets et couplé au dispositif d'entraînement piézoélectrique 164 commandant la position du miroir 141 dans le bras de référence contenant l'interféromètre. Cette boucle de réaction stabilise l'interféromètre en réglant la longueur du trajet de référence pour compenser des variations de longueur du trajet du bras contenant le dispositif DUT en raison d'une vibration par exemple du dispositif DUT. De même dans la partie électronique 170, il est prévu un moniteur 180 associé habituellement à un ordinateur 100 pour l'affichage du signal de sortie. Dans ce cas, on considère que le diviseur 74 du faisceau de polarisation fait partie d'une

partie optique 182 d'un analyseur.

Les figures 5A à 5D illustrent les principes de fonctionnement du dispositif de mesure de modulation d'amplitude différentielle représenté sur la figure 2. Sur la figure 5A, une tension (un signal) 200 est appliqué à des bornes sélectionnées du dispositif DUT. Naturellement ce signal n'est pas le faisceau laser incident qui est utilisé pour effectuer le test, mais au lieu de cela est un signal électrique appliqué aux bornes du dispositif DUT de manière à le faire fonctionner. La figure 5b représente les deux impulsions laser incidentes A et B qui sont utilisées pour tester le dispositif DUT, en étant séparées dans le temps de At. Les deux impulsions A, B possedent des amplitudes I(t) et I(t+At) avant d'interagir avec le

dispositif DUT.

Après avoir interagi avec le dispositif DUT comme représenté sur la figure 5C, les impulsions A, B possèdent respectivement des amplitudes R(t) et R(t+At). Le signal de différence (après amplification) est par conséquent proportionnel à la différence entre les amplitudes de ces deux signaux. Le signal de différence est utilisé pour former la forme d'onde équivalente échantillonnée dans le temps, qui est représentée sur la figure 5D. La forme d'onde équivalente échantillonnée dans le temps est la dérivée du signal électrique appliqué aux bornes du

dispositif DUT.

Si on néglige des largeurs des impulsions laser, la largeur de bande de la mesure est 1/nAt. Les impulsions A, B possèdent chacune une largeur AT qui se combine un intervalle de temps entre les deux impulsions pour produire une largeur de bande de mesure effective totale 1/7(At2 + AT2) 1/2. Le bruit du laser appliqué dans les impulsions A et B est annulé étant donné que les impulsions A et B sont dérivées de la même impulsion. Le bruit de vibration induit par un déplacement quelconque du dis- positif DUT est annulé dans la largeur de bande égale à 1/7At. La plupart des sources de vibrations possèdent une fréquence inférieure à 10 000 Hz. L'intervalle de temps séparant les deux impulsions est de façon typique supérieur à 1 ns, ce qui correspond à une largeur de bande de

318 000 000 Hz. Par conséquent toutes les vibrations pré-

sentes dans le dispositif DUT sont fortement réduite, comme représenté sur la figure 5D. Seul le bruit de grenaille

subsiste après la soustraction illustrée sur la figure 5C.

Un exemple d'une mesure de modulation d'amplitude différentielle utilisant le dispositif de la figure 2 est représenté sur les figures 6A et 6B. Sur la figure 6A la courbe en trait plein 210 reproduit un signal représentant la détection de la première impulsion A. La courbe en trait mixte 214 reproduit un signal similaire résultant de la seconde impulsion B. Le retard temporel 216 entre les deux impulsions A et B possède une durée d'environ 100 ps. Les impulsions A et B possèdent des polarisations orthogonales, qui sont respectivement horizontale et verticale comme cela

est représenté.

Sur la figure 6B, la courbe en trait plein 220 représente le signal (de différence) équilibré obtenu lorsque les courants photovoltaïques délivrés par les deux

détecteurs Dl et D2 de la figure 2 sont soustraits élec-

triquement l'un de l'autre. Ce signal équilibré 220 est similaire à la dérivée du signal électrique appliqué au dispositif DUT, comme dans l'exemple représenté sur la figure 5D. Des pics dans la courbe 222 correspondent aux transitions de tension dans le dispositif DUT. A titre

comparatif, la courbe 226 est le résultat de la soustrac-

tion des deux courbes 210 et 214 sur la figure 6A moyen-

nant l'utilisation d'un ordinateur pour traiter les signaux. On obtient le signe opposé d'un pic soustrait numériquement 230 par rapport au signal de différence mesuré 222, étant donné que le dispositif mesure uniquement la puissance détectée (puissance absolue), mais pas le

signe du signal.

Deux impulsions ayant des amplitudes identiques doivent interagir différemment avec le dispositif DUT pour

que le signal de différence ne soit pas nul. Les interac-

tions avec le dispositif DUT peuvent différer en raison d'un retard entre les deux impulsions, comme cela a été décrit précédemment, ou bien peuvent différer de façon

intrinsèque. Une différence intrinsèque entre les interac-

tion peut être due à la polarisation ou par exemple à une polarisation ou une dépendance vis-à-vis de la longueur d'onde. Des interactions dépendantes de la polarisation peuvent être utilisées lors de la polarisation différente des deux impulsions avant que ces dernières n'interagissent avec le dispositif DUT. Des interactions dépendantes de la longueur d'onde peuvent être exploitées avec le décalage de la longueur d'onde d'au moins l'une des impulsions, pour l'obtention d'impulsions ayant des longueurs d'onde différentes, alors que les impulsions interagissent avec le

dispositif DUT.

Si l'intensité d'interaction du faisceau laser avec le dispositif DUT dépendait de la polarisation du faisceau laser par rapport à des champs électriques (ou certains autres axes de définition) dans le dispositif DUT, alors l'interaction de deux impulsions A, B ayant des polarisations orthogonales avec le dispositif DUT serait différente. Par exemple deux impulsions de même amplitude et ayant des polarisations orthogonales, qui interagissent avec le dispositif DUT au même moment (At = 0), seraient

réfléchies avec des amplitudes différentes si les interac-

tions dépendaient de la polarisation, ce qui produit un signal de différence non nul. Le signal de différence non nul varie dans le temps avec la forme d'onde de tension appliquée au dispositif DUT. Au contraire deux impulsions de même amplitude ayant des polarisations orthogonales, avec At = 0, seraient réfléchies avec la même amplitude si les interactions ne dépendaient pas de la polarisation, en

produisant un signal de différence nul.

Dans le cas d'interactions qui dépendent de la polarisation, le signal de différence obtenu à partir de deux impulsions de même amplitude ayant des polarisations orthogonales, qui interagissent avec le dispositif DUT, seraient similaires au signal provenant d'une impulsion

seule, mais avec une amplitude réduite. Ce signal de dif-

férence est plus proche de la forme d'onde de tension appliquée au dispositif DUT, que ne l'est la dérivée de la forme d'onde de tension, en particulier pour At - 0. Si les interactions des impulsions laser avec le dispositif DUT étaient très différentes dans les deux directions orthogonales de polarisation, alors en choisissant ces directions pour la polarisation de deux impulsions et en choisissant At = 0, on pourrait obtenir une forme d'onde de tension directement à partir du signal de différence. Le bruit du laser et le bruit dû aux vibrations s'annulent et

on atteint la limite du bruit de grenaille.

La suppression du bruit peut être facilitée grâce au choix des amplitudes des deux impulsions polarisées orthogonalement de manière que la puissance dans les deux détecteurs D1, D2 soit approximativement la même. Ceci suggère l'utilisation, dans l'impulsion, d'une puissance plus importante que celle que présente l'interaction plus intense avec le dispositif DUT. Cependant, si le faisceau laser présente un certain effet d'ingérence dans le matériau semiconducteur du dispositif DUT, par exemple une production importante de paires électron-trou, alors le

signal différentiel reçoit une contribution plus impor-

tante de l'effet d'ingérence lorsque les puissances des deux impulsions dans le semiconducteur à l'intérieur du dispositif DUT sont différentes par rapport au cas o elles sont égales. De tels effets d'ingérence sont fréquemment négligeables. L'interaction de deux impulsions polarisées orthogonalement avec le dispositif DUT peut être rendue insensible à des effets de polarisation, grâce à la conversion de la polarisation linéaire en une polarisation

circulaire. L'interaction d'impulsions polarisées circu-

lairement avec le dispositif DUT est la moyenne de toutes les directions de polarisation linéaire. Par exemple, le fait de placer une plaque quartd'onde facultative 184 devant le dispositif DUT, convertit les polarisations des deux impulsions en les faisant passer de polarisations linéaires orthogonales à des polarisations circulaires avec des hélicités opposées. Les impulsions réfléchies par le

dispositif DUT traversent une seconde fois la plaque quart-

d'onde, ce qui conduit à des polarisations linéaires orthogonales pivotées de 90 . Comme cela a déjà été décrit, les deux impulsions réfléchies pourraient être séparées

spatialement par un diviseur de faisceau de polarisation.

Si le dispositif DUT ou n'importe quel élément

optique dans le trajet du faisceau laser (entre la produc-

tion des deux impulsions polarisées linéairement et pola-

risées orthogonalement et le dispositif DUT) était biré-

fringent, alors la polarisation linéaire incidente devien-

drait une polarisation elliptique et non une polarisation circulaire avec le dispositif DUT installé en aval de la plaque quart-d'onde. L'interaction des impulsions laser

avec le dispositif DUT dépend de la polarisation incidente.

Un moyen d'éliminer la sensibilité à la polarisation consiste à utiliser une plaque de transfert d'onde variable

en avant du dispositif DUT à la place de la plaque quart-

d'onde 184. En réglant la plaque de transfert d'onde

variable, il est possible de compenser la biréfringence dans le système de manière à rendre circulaire la polarisation laser dans le dispositif DUT et d'éviter ainsi5 les effets de la polarisation orthogonale.

La description précédente a été donnée à titre d'illustration et ne présente aucun caractère limitatif.

D'autres variantes apparaîtront aux spécialistes de la technique dans le cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour détecter une activité électrique dans un dispositif à semiconducteurs (68), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: produire une première impulsion de lumière, diviser la première impulsion de lumière en deux impulsions, diriger les deux impulsions sur le dispositif à semiconducteurs, séparer les deux impulsions spatialement après qu'elles ont interagi avec le dispositif à semiconducteurs, détecter chacune des deux impulsions séparées, et

déterminer une différence entre les deux impul-

sions détectées.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première impulsion de lumière est délivrée par

un laser (60).

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé

en ce que le laser (60) est un laser à mode bloqué.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux impulsions sont dirigées suivant le même

trajet en direction du dispositif à semiconducteurs (68).

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape consistant à diriger les deux impulsions sur le dispositif à semiconducteurs inclut la propagation

des deux impulsions à travers le dispositif à semiconduc-

teurs (68).

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fait de diriger les deux impulsions sur le dispositif à semiconducteurs inclut l'application d'une polarisation circulaire aux deux impulsions avec des hélicités différentes avant qu'elles interagissent avec le

dispositif à semiconducteurs (68).

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un retard est introduit entre les deux impulsions avant l'envoi des deux impulsions au dispositif

à semiconducteurs (68).

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de division inclut une modification

mécanique du retard.

9. Procédé selon la revendication 1, selon lequel l'étape de division inclut le fait de diriger la première impulsion vers un polariseur linéaire, ce qui a pour effet que les deux impulsions sont délivrées avec des polarisations linéaires orthogonales, et en outre qu'il est prévu une étape d'égalisation d'une amplitude des deux impulsions.

10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur d'onde d'au moins l'une des deux impulsions est décalée avant l'envoi des deux impulsions au dispositif à semiconducteurs, de sorte que les deux

impulsions ont des longueurs d'onde différentes.

11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à: amplifier la différence, et convertir la différence amplifiée en un signal numérique.

12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes consistant à:

déplacer une position sur le dispositif à semi-

pluralité de positions sur le dispositif à semiconducteurs.

13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à:

diviser en outre les deux impulsions pour pro-

duire au moins deux impulsions additionnelles avant de

diriger les deux impulsions sur le dispositif à semicon-

ducteurs, diriger les impulsions additionnelles suivant un

trajet de référence, en produisant de ce fait des impul-

impulsions ont interagi avec le dispositif à semiconduc-

teurs et avant la détection de chacune des impulsions séparées, de sorte que chacune des impulsions chevauche au moins l'une des impulsions de référence dans l'espace et dans le temps, et de telle sorte que l'étape de détection de chacune des impulsions séparées comprend la détection des impulsions séparées combinées aux impulsions de référence.

14. Procédé selon la revendication 13, caracté-

risé en ce qu'il comprend en outre l'étape d'ajustement de la longueur du trajet de référence avec une boucle de réaction pour maintenir le chevauchement dans le temps des

deux impulsions avec les impulsions de référence.

15. Dispositif pour détecter une activité élec-

trique dans un dispositif à semiconducteurs (58), caractérisé en ce qu'il comprend: une source (60) de production d'une impulsion de lumière, un diviseur (64), que rencontre l'impulsion de lumière, ce qui a pour effet que l'impulsion de lumière est divisée en deux impulsions (A,B); un support (163) pour le dispositif à semiconducteurs (68), que rencontrent les deux impulsions

(A,B),

un second diviseur (74), que rencontrent les impulsions (A,B) après avoir interagi avec le dispositif à semiconducteurs, ce qui a pour effet que les impulsions sont séparées spatialement, des premier et second détecteurs (D1, D2, 78, 82) agencés de manière à détecter chacun l'une des deux impulsions séparées (A, B), et un soustracteur (84) couplé aux premier et second détecteurs.

16. Dispositif selon la revendication 15, carac-

térisé en ce que la source (60) est un laser.

17. Dispositif selon la revendication 16, carac-

térisé en ce que le laser (60) est un laser à mode bloqué.

18. Dispositif selon la revendication 15, carac-

térisé en ce que les deux impulsions (A, B) sont dirigées sur le même trajet en direction du dispositif à semiconducteurs.

19. Dispositif selon la revendication 15, carac-

térisé en ce que les deux impulsions (A, B) sont dirigées

vers le dispositif à semiconducteurs.

20. Dispositif selon la revendication 15, carac-

térisé en ce qu'il comporte en outre une plaque pde transfert d'onde (184) de sorte que les deux impulsions rencontrant le dispositif à semiconducteurs (68) sont

polarisées circulairement avec des hélicités opposées.

21. Dispositif selon la revendication 15, carac-

térisé en ce qu'il comporte en outre un trajet de retarde-

ment (124) pour introduire un retard entre les deux impulsions.

22. Dispositif selon la revendication 15, carac-

térisé en ce que le diviseur (64, 106), que rencontre l'impulsion de lumière, est un diviseur de polarisation, ce qui a pour effet que les deux impulsions sont pourvues de

polarisations linéaires orthogonales.

23. Dispositif selon la revendication 15, carac-

térisé en ce qu'il comporte en outre: un amplificateur (88) couplé au soustracteur (84), et un convertisseur analogique/numérique (92) couplé

à une borne de sortie de l'amplificateur.

24. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un mécanisme (165) couplé de manière à déplacer le support

par rapport aux impulsions.

25. Dispositif selon la revendication 15, carac- térisé en ce qu'il comporte en outre un interféromètre (160) situé dans un trajet optique entre le diviseur (64) et le support (163), l'interféromètre comprenant un bras de

référence possédant une longueur de trajet de référence.

26. Dispositif selon la revendication 25, carac-

térisé en ce qu'il comporte en outre une boucle de réaction (171; 174, 178) pour régler la longueur du trajet de référence.