MOS芯片γ射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種MOS芯片γ射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括輻射響應(yīng)探針臺(tái)（1）、脈沖I-V測(cè)試系統(tǒng)、脈沖C-V測(cè)試系統(tǒng)和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)，所述輻射響應(yīng)探針臺(tái)（1）包括內(nèi)置放射源（10）的鉛容器、待測(cè)芯片（12）和觀測(cè)待測(cè)芯片變化的顯微鏡（13），所述鉛容器上端開(kāi)口，待測(cè)芯片（12）放置在鉛容器開(kāi)口處，所述待測(cè)芯片（12）上端連接探針（14）；所述探針（14）分別與脈沖I-V測(cè)試系統(tǒng)、脈沖C-V測(cè)試系統(tǒng)和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)連接。該系統(tǒng)填補(bǔ)了MOS芯片γ射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控的技術(shù)空白，為防輻射集成電路以及高K介質(zhì)輻射響應(yīng)發(fā)展應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
【專利說(shuō)明】MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于輻射檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著空間技術(shù)的發(fā)展以及核工業(yè)、核電站和放射類醫(yī)療器械在生活中廣泛的應(yīng)用，電離輻射對(duì)各類電子設(shè)備的影響不可忽視，因此在這些電子設(shè)備中的半導(dǎo)體器件在輻射環(huán)境中的可靠性研究變的十分重要。
[0003]一般的半導(dǎo)體材料電離輻射損傷測(cè)試運(yùn)用“過(guò)輻射”方法即對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行輻照過(guò)后，再進(jìn)行輻射損傷測(cè)量及分析。但是一段時(shí)間后電離輻射對(duì)半導(dǎo)體材料所造成的損傷會(huì)有明顯的退化，另外，傳統(tǒng)的1-V與C-V測(cè)量手段測(cè)試速度為秒級(jí)，不能較好的觀測(cè)到福射損傷。
[0004]常見(jiàn)的電離輻射中Y射線(光子)是最難被屏蔽的，因此研究Y射線對(duì)半導(dǎo)體材料和器件具有實(shí)際意義。但是，Y射線在無(wú)防護(hù)措施時(shí)對(duì)研究人員的健康具有嚴(yán)重的危害。因此，建立一個(gè)安全可靠的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是建立整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)。通常情況下，半導(dǎo)體行業(yè)以及光電行業(yè)的測(cè)試都會(huì)用到探針臺(tái)，探針臺(tái)是用來(lái)測(cè)試半導(dǎo)體MOS芯片電子特性的設(shè)備，比較常見(jiàn)的測(cè)量方法有1-V和C-V測(cè)量。但是，已知的探針臺(tái)不具備防護(hù)電離輻射對(duì)實(shí)驗(yàn)人員造成傷害的功能，因此均不能直接用于電子輻射實(shí)驗(yàn)。另外，已知的貯存放射源的鉛容器不能滿足相關(guān)的實(shí)驗(yàn)條件:既安全儲(chǔ)存放射源，又在實(shí)驗(yàn)時(shí)搭載放射源。
[0005]另一方面，目前脈沖1-V、脈沖C-V、On-The-Fly測(cè)量技術(shù)由于沒(méi)有成熟的完整的測(cè)試儀器，一般都采用自搭電路，通過(guò)將脈沖發(fā)生器、示波器、放大器等器件連接來(lái)經(jīng)行手動(dòng)測(cè)量。由于自搭電路的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不具有重復(fù)性；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)測(cè)量?jī)x器的調(diào)試均為手動(dòng)調(diào)試，不能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)程序控制，導(dǎo)致測(cè)試效率、人為操作誤差大，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果不精確；自搭電路對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)保存也比較困難，不能在實(shí)時(shí)測(cè)量的同時(shí)保存數(shù)據(jù)并生成電子特性曲線圖，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效率低。
[0006]因此，綜合考慮上述研究的必須性和輻射環(huán)境的特殊性，一個(gè)可對(duì)MOS芯片進(jìn)行Y射線輻射響應(yīng)實(shí)時(shí)在線測(cè)量的探針臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)不可或缺。本發(fā)明因此而來(lái)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的在于提供一種MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中缺乏相應(yīng)的MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)檢測(cè)都是手工測(cè)試、測(cè)試系統(tǒng)不完善，測(cè)試由于芯片輻射退化造成結(jié)果不準(zhǔn)確等問(wèn)題。
[0008]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
[0009]一種MOS芯片Y射線福射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括福射響應(yīng)探針臺(tái)、脈沖1-V測(cè)試系統(tǒng)、脈沖C-V測(cè)試系統(tǒng)和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)，所述輻射響應(yīng)探針臺(tái)包括內(nèi)置放射源的鉛容器、待測(cè)芯片和觀測(cè)待測(cè)芯片變化的顯微鏡，所述鉛容器上端開(kāi)口，待測(cè)芯片放置在鉛容器開(kāi)口處，所述待測(cè)芯片上端連接探針；所述探針?lè)謩e與脈沖1-V測(cè)試系統(tǒng)、脈沖C-V測(cè)試系統(tǒng)和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)連接。
[0010]優(yōu)選的，所述測(cè)試系統(tǒng)安裝均設(shè)置有程序控制模塊、信號(hào)發(fā)生模塊、信號(hào)輸出模塊和數(shù)據(jù)接收模塊；所述程序控制模塊包括與信號(hào)發(fā)生模塊、信號(hào)輸出模塊和數(shù)據(jù)接收模塊連接的計(jì)算機(jī)，用于控制信號(hào)發(fā)生模塊、信號(hào)輸出模塊和數(shù)據(jù)接收模塊的處理過(guò)程，并對(duì)數(shù)據(jù)接收模塊獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，自動(dòng)生成輸入波形、輸出波形曲線并保存。
[0011]優(yōu)選的，所述信號(hào)發(fā)生模塊包括信號(hào)發(fā)生器和數(shù)據(jù)傳輸接口，所述信號(hào)發(fā)生模塊通過(guò)計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)傳輸接口由程序控制模塊控制自動(dòng)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口將脈沖信號(hào)傳送給待測(cè)芯片，所述脈沖信號(hào)的周期、電壓峰值、邊沿上升時(shí)間以及脈沖數(shù)量根據(jù)程序控制模塊的控制指令發(fā)生變化。
[0012]優(yōu)選的，所述信號(hào)輸出模塊包括1-V電流轉(zhuǎn)換子模塊與脈沖C-V電流轉(zhuǎn)換子模塊；所述1-V電流轉(zhuǎn)換子模塊包括直流電壓源和與直流電壓源串聯(lián)的可變電阻，當(dāng)信號(hào)發(fā)生模塊將脈沖信號(hào)傳送給待測(cè)芯片，在待測(cè)芯片上形成脈沖電壓，所述待測(cè)芯片產(chǎn)生微小電流；所述1-V電流轉(zhuǎn)換子模塊將待測(cè)芯片產(chǎn)生的微小電流放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，所述可變電阻調(diào)節(jié)控制微小電流信號(hào)放大倍數(shù)；所述脈沖C-V電流轉(zhuǎn)換子模塊由一電流/電壓放大器構(gòu)成，所述電流/電壓放大器將C-V測(cè)試過(guò)程中電容器件產(chǎn)生的微小漏電流放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并通過(guò)程序控制模塊調(diào)節(jié)放大器放大倍數(shù)。
[0013]優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)接收模塊包括一臺(tái)具有A/D轉(zhuǎn)換功能的數(shù)據(jù)采集器，用于自動(dòng)實(shí)時(shí)采集在測(cè)量過(guò)程中信號(hào)發(fā)生模塊與信號(hào)輸出模塊產(chǎn)生的信號(hào)數(shù)據(jù)，并同時(shí)將獲得的數(shù)據(jù)傳送回計(jì)算機(jī)。
[0014]優(yōu)選的，所述鉛容器上側(cè)環(huán)繞鉛保護(hù)層，所述鉛保護(hù)層包括接口相互嚙合的兩半環(huán)形鉛層，所述鉛保護(hù)層下部設(shè)置鋼支架，所述鋼支架下部與探針臺(tái)底座連接。
[0015]優(yōu)選的，所述鉛容器包括兩端開(kāi)口的罩筒和設(shè)置在罩筒下端支撐放射源的鉛底座，所述鉛底座與罩筒孔軸配合隔離罩筒下端開(kāi)口，待測(cè)芯片置于所述鉛容器的罩筒上端開(kāi)口處，所述鉛底座、罩筒和待測(cè)芯片形成放置放射源的儲(chǔ)存?zhèn)}，所述放射源通過(guò)罩筒的上端開(kāi)口對(duì)所述待測(cè)芯片進(jìn)行電離輻射。
[0016]優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括輻射防護(hù)暗箱，所述探針測(cè)試平臺(tái)設(shè)置在輻射防護(hù)暗箱內(nèi)，所述探針臺(tái)底座上設(shè)置調(diào)節(jié)待測(cè)芯片的空間位置的空間位置調(diào)節(jié)裝置；所述空間位置調(diào)節(jié)裝置包括三個(gè)金屬遙桿，金屬遙桿穿過(guò)輻射防護(hù)暗箱調(diào)節(jié)探針高度、鉛容器水平位置和鉛容器水平旋轉(zhuǎn)角度。
[0017]優(yōu)選的，所述顯微鏡對(duì)應(yīng)于待測(cè)芯片的上方，并通過(guò)電子目鏡與計(jì)算機(jī)連接輸出。
[0018]本發(fā)明技術(shù)方案為了克服測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確等問(wèn)題，本發(fā)明技術(shù)方案對(duì)半導(dǎo)體器件電離輻射損傷進(jìn)行實(shí)時(shí)在線的測(cè)量，并且運(yùn)用脈沖1-V、脈沖C-V與On-The-Fly測(cè)量技術(shù)將測(cè)試速度提高到了微秒級(jí)，可以更好地觀測(cè)到器件的電離輻射損傷。另外，本發(fā)明在一套系統(tǒng)中通過(guò)程序控制來(lái)完成脈沖1-V、脈沖C-V、On-The-Fly的自動(dòng)測(cè)量，并且能快速保存測(cè)量數(shù)據(jù)，同時(shí)完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成所需電子特性曲線。
[0019]本發(fā)明技術(shù)方案中新型的可用于MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)，包括輻射響應(yīng)探針臺(tái)、脈沖1-V測(cè)試系統(tǒng)、脈沖C-V測(cè)試系統(tǒng)和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在測(cè)量時(shí)，放射源置于鉛容器內(nèi)，待測(cè)芯片置于所述鉛容器上端開(kāi)口處，所述待測(cè)芯片連接探針、上方有觀測(cè)芯片和探針的顯微鏡，所述探針連接于脈沖1-V、脈沖C-V和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)。
[0020]所述鉛容器上端置于鉛保護(hù)層中、下端置于可遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)位置的鉛容器底座上。
[0021]所述可遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)位置的鉛容器底座可通過(guò)三個(gè)金屬遙桿對(duì)鉛容器位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述金屬遙桿穿過(guò)保護(hù)箱分別調(diào)節(jié)探針高度、鉛容器水平位置和鉛容器水平旋轉(zhuǎn)角度。
[0022]所述鉛容器包括罩筒和鉛底座，測(cè)量時(shí)所述放射源放置于罩筒的儲(chǔ)存?zhèn)}內(nèi)，儲(chǔ)存?zhèn)}底部由鉛底座固定，所述放射源通過(guò)罩筒的上端小孔對(duì)所述待測(cè)芯片進(jìn)行電離輻射，所述底座在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)與罩筒連接儲(chǔ)存放射源。
[0023]所述鉛容器上側(cè)環(huán)繞鉛保護(hù)層，所述鉛保護(hù)層包括兩個(gè)半環(huán)形鉛層，所述半環(huán)形鉛層接口處為鋸齒形結(jié)構(gòu)，所述鉛保護(hù)層下部還包括鋼支架，所述鋼支架下部連接于探針臺(tái)底座。
[0024]所述探針測(cè)試平臺(tái)還包括鋼支架，所述鋼支架上端設(shè)置探針座和空間位置調(diào)節(jié)裝置；所述探針座設(shè)置在空間位置調(diào)節(jié)裝置上端。
[0025]所述探針連接于脈沖1-V測(cè)試系統(tǒng)、脈沖C-V測(cè)試系統(tǒng)和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)，所述測(cè)試系統(tǒng)均包括程序控制模塊、信號(hào)發(fā)生模塊、信號(hào)輸出模塊和數(shù)據(jù)接收模塊。
[0026]所述信號(hào)發(fā)生模塊包括信號(hào)發(fā)生器和數(shù)據(jù)傳輸接口，該模塊通過(guò)計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)傳輸接口由程序控制模塊控制自動(dòng)產(chǎn)生周期、電壓峰值、邊沿上升時(shí)間、以及脈沖數(shù)量均可變的脈沖信號(hào)，并將這些通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口傳送給待測(cè)芯片。
[0027]所述信號(hào)輸出模塊可分為1-V電流轉(zhuǎn)換模塊與C-V電流轉(zhuǎn)換模塊。所述1-V電流轉(zhuǎn)換模塊包括一個(gè)直流電壓源和一個(gè)可變電阻，當(dāng)信號(hào)發(fā)生模塊在被測(cè)器件上加一脈沖電壓，該器件將會(huì)產(chǎn)生微小電流，所述1-V電流轉(zhuǎn)換模塊將此微小電流放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)以便數(shù)據(jù)接收，所述調(diào)節(jié)可變電阻控制微小電流信號(hào)放大倍數(shù)；所述脈沖C-V電流轉(zhuǎn)換模塊由一電流/電壓放大器構(gòu)成，所述電流/電壓放大器將C-V測(cè)試過(guò)程中器件產(chǎn)生的微小漏電流放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，程序控制模塊調(diào)節(jié)放大器放大倍數(shù)。
[0028]所述數(shù)據(jù)接收模塊包括一臺(tái)高速A/D轉(zhuǎn)換功能的數(shù)據(jù)采集器，由程序控制模塊自動(dòng)實(shí)時(shí)采集在測(cè)量過(guò)程中信號(hào)發(fā)生模塊與信號(hào)輸出模塊產(chǎn)生的信號(hào)數(shù)據(jù)，并同時(shí)將獲得的數(shù)據(jù)傳送回計(jì)算機(jī)。
[0029]一般的半導(dǎo)體材料電離輻射損傷測(cè)試運(yùn)用“過(guò)輻射”方法即對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行輻照過(guò)后，再進(jìn)行輻射損傷測(cè)量及分析。但是一段時(shí)間后電離輻射對(duì)半導(dǎo)體材料所造成的損傷會(huì)有明顯的退化，另外，傳統(tǒng)的1-V與C-V測(cè)量手段測(cè)試速度為秒級(jí)，不能較好的觀測(cè)到輻射損傷。為了克服以上問(wèn)題，研究者對(duì)半導(dǎo)體器件電離輻射損傷進(jìn)行實(shí)時(shí)在線的測(cè)量，并且運(yùn)用脈沖1-V、脈沖C-V與On-The-Fly測(cè)量技術(shù)將測(cè)試速度提高到了微秒級(jí)，可以更好地觀測(cè)到器件的電離輻射損傷。
[0030]本發(fā)明屬于MOS芯片輻射響應(yīng)測(cè)試領(lǐng)域，涉及MOS芯片性能的測(cè)試裝置和脈沖Ι-v, C-V、On-The-Fly測(cè)量系統(tǒng)，具體涉及一種MOS芯片、射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)。
[0031]本發(fā)明提供一種可用于MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)和現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法對(duì)MOS芯片進(jìn)行Y射線輻射響應(yīng)的同時(shí)利用脈沖1-V、脈沖C-V、On-The-Fly等技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控的技術(shù)難題。[0032]本發(fā)明建立了一個(gè)安全可靠的可針對(duì)MOS芯片Y射線響應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自動(dòng)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控的測(cè)試系統(tǒng)，解決了輻射實(shí)驗(yàn)中的操作人員安全隱患，簡(jiǎn)化了測(cè)試步驟，降低了測(cè)試成本；同時(shí)，實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)控制，減少了手動(dòng)調(diào)試時(shí)間和誤差，提高了研究效率最，幫助研究人員有效地研究Y射線對(duì)MOS芯片和相關(guān)基礎(chǔ)元器件的影響。
[0033]本發(fā)明技術(shù)方案中通過(guò)對(duì)探針臺(tái)芯片底座的改進(jìn)，使得鉛容器可以作為MOS芯片底座在實(shí)驗(yàn)中放置放射源，并且在鉛容器上端盛放MOS芯片時(shí)不影響探針與之正常接觸。鉛容器上側(cè)環(huán)繞鉛保護(hù)層，以保護(hù)芯片水平面以上的操作人員的實(shí)驗(yàn)環(huán)境不被電離輻射影響。鉛保護(hù)層包括兩個(gè)半環(huán)形鉛層，所述半環(huán)形鉛層接口處為鋸齒形結(jié)構(gòu)，該鋸齒形結(jié)構(gòu)避免了鉛層接口處的電離輻射泄露。鉛容器和半環(huán)形鉛層的厚度經(jīng)過(guò)如下公式(I)進(jìn)行過(guò)嚴(yán)格的理論計(jì)算并經(jīng)外部劑量當(dāng)量的實(shí)際測(cè)量，實(shí)驗(yàn)環(huán)境安全。
[0034]其中公式(1為:
[0035]H=A.r/r2 (I)；
[0036]該公式為表示在距離伽馬輻射源r(單位:m)處的照射量率H，式中A為伽馬源放射活度(單位:Bq)，r為照射率常數(shù)的SI (單位=OnAkg-1),其物理意義是:伽馬輻射源每衰變一次在距離伽馬輻射源Im處的空氣中所產(chǎn)生的照射量，照射量率的單位為=Okg-Ss'所采用放射源的活度為1.llE9Bq(0.03Ci )，通過(guò)計(jì)算可得到裸源在Im處的劑量率值如下:
[0037]裸源Im 處的劑量率=0.03X0.325R.τα.IT1Cr1X InT2
[0038]= 9.75 X 10^3RA
[0039]= 0.090675mSv/h ；
[0040]上式中R為單位倫琴，IR = 0.0093SV，所以有此換算結(jié)果。為了保證實(shí)驗(yàn)人員的人身安全，必須將劑量率值縮少為原來(lái)的0.090675/0.01~9，所以必須通過(guò)屏蔽使Im處的劑量率值減弱為原來(lái)的1/9。查表可得到減弱到10倍分別所需要的水為57.3cm，混凝土為
26.5cm，鉛為2.34cm，鐵為7.18cm。由于需要長(zhǎng)期存儲(chǔ)并保證除工作人員的其他人不能接觸到放射源，又要方便于實(shí)驗(yàn)工作，所以選擇占用體積較小的鉛作為屏蔽材料，當(dāng)然鉛的易加工性也是選擇的原因之一。
[0041]作為工藝上的考慮，最終將實(shí)驗(yàn)所用鉛罐的厚度定為2.5cm,以保證人體在輻射環(huán)境中的安全。
[0042]另外，本發(fā)明在探針臺(tái)中加入三個(gè)金屬遙桿，使探針位置、MOS芯片位置能夠在安全的距離外被操控。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，操作人員需要在安全距離外通過(guò)金屬搖桿操作整個(gè)芯片位置的調(diào)試，因此探針和芯片位置情況被顯微鏡觀測(cè)后通過(guò)電子目鏡向計(jì)算機(jī)顯示屏輸出，使得調(diào)試準(zhǔn)確。
[0043]本發(fā)明技術(shù)方案引入脈沖1-V、脈沖C-V和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)探針對(duì)MOS芯片的輻射響應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，包括程序控制模塊、信號(hào)發(fā)生模塊、信號(hào)輸出模塊和數(shù)據(jù)接收模塊。信號(hào)發(fā)生模塊可由計(jì)算機(jī)控制發(fā)出脈沖的邊沿上升/下降時(shí)間為10微秒至I毫秒，精度I微秒；可產(chǎn)生最高電壓為5V的脈沖信號(hào)；脈沖周期可變并能發(fā)出多個(gè)連續(xù)的脈沖信號(hào)。信號(hào)輸出模塊分為ι-v電流轉(zhuǎn)換模塊和C-V電流轉(zhuǎn)換模塊。1-V電流轉(zhuǎn)換模塊由直流電壓源與可變電阻構(gòu)成，直流電壓源產(chǎn)生偏壓使待測(cè)器件導(dǎo)通產(chǎn)生電流，可變電阻可以調(diào)節(jié)電流放大轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后的電壓增益。由于C-V測(cè)試過(guò)程中器件產(chǎn)生的電流十分微小，當(dāng)通過(guò)電阻放大電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生延遲，因此需用C-V電流轉(zhuǎn)換模塊控制一個(gè)可編程電流/電壓放大模塊來(lái)放大漏電流。通過(guò)該信號(hào)輸出模塊電流將會(huì)被放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后經(jīng)數(shù)據(jù)接收模塊獲得并由控制程序保存。
[0044]本發(fā)明的脈沖1-V、脈沖C-V和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)具有即時(shí)的輻射響應(yīng)測(cè)試功能，在探針臺(tái)測(cè)試的同時(shí)對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行實(shí)時(shí)的電離輻射，降低了輻照過(guò)后一段時(shí)間測(cè)試所帶來(lái)的器件退化消失對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。所述脈沖1-V與脈沖C-V和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)將測(cè)量系統(tǒng)程序化，提高了測(cè)量精度，同時(shí)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生脈沖并對(duì)結(jié)果進(jìn)行記錄，最大程度的避免了輻射后器件退化的恢復(fù)對(duì)測(cè)量的影響。
[0045]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0046]本發(fā)明用于MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試，在探針臺(tái)中加入金屬遙桿和電子目鏡，使探針位置、MOS芯片位置能夠在安全的距離外被精確的觀測(cè)和操控。引入一種可以作為MOS芯片底座在實(shí)驗(yàn)中放置放射源的鉛容器，此鉛容器在實(shí)驗(yàn)技術(shù)后亦可用作存儲(chǔ)放射源，鉛容器上側(cè)環(huán)繞鉛保護(hù)層，以保護(hù)芯片水平面以上的操作人員的實(shí)驗(yàn)環(huán)境不被電離輻射影響，整個(gè)探針臺(tái)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境安全，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比高。此發(fā)明引入實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)，將測(cè)試速度提高到了微秒級(jí)，可以更好地觀測(cè)到器件的電離輻射損傷；將脈沖I/V、脈沖C/V、On-The-Fly三種不同的測(cè)試方法集中至到一個(gè)系統(tǒng)中，簡(jiǎn)化了測(cè)試電路并節(jié)約了測(cè)試成本；通過(guò)計(jì)算機(jī)用程序控制設(shè)置和調(diào)試整套系統(tǒng)里所有模塊的測(cè)量參數(shù)，并且能快速保存測(cè)量數(shù)據(jù)，同時(shí)完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成所需電子特性曲線，提高了測(cè)試效率與測(cè)試精度。
[0047]該技術(shù)方案填補(bǔ)了 MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控的技術(shù)空白，為防輻射集成電路以及高K介質(zhì)輻射響應(yīng)發(fā)展應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。此套測(cè)試系統(tǒng)能夠幫助研究人員安全、準(zhǔn)確地完成輻射實(shí)驗(yàn)，并對(duì)芯片進(jìn)行快速的在線測(cè)試。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0048]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0049]圖1為本發(fā)明MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)的探針臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖2為本發(fā)明MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)的探針臺(tái)的另一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051]圖3為本發(fā)明MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)的探針臺(tái)的又一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖4為本發(fā)明MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)的On-The-Fly電路結(jié)構(gòu)示意圖以及輸入輸出波形圖。
[0053]圖5為本發(fā)明MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)的脈沖I/V電路結(jié)構(gòu)示意圖以及輸入輸出波形圖。
[0054]圖6為本發(fā)明MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)的脈沖C/V電路結(jié)構(gòu)示意圖以及輸入輸出波形圖。
[0055]其中:1為輻射響應(yīng)探針臺(tái)；2為直流電壓源；3為可變電阻；4為電流/電壓放大器；5為電容器件；6為信號(hào)發(fā)生器；7為數(shù)據(jù)采集器；9為保護(hù)箱；10為放射源；12為待測(cè)芯片(M0S器件)(圖4、圖5中12相同)；13為顯微鏡；14為探針；15為鉛保護(hù)層；131為電子目鏡；16為鋼支架；17為探針臺(tái)底座；18為金屬遙桿(帶金屬搖桿支撐架)；19為鉛容器底座；111為鉛容器罩筒；112為鉛底座。
【具體實(shí)施方式】
[0056]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述方案做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說(shuō)明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)條件。
[0057]實(shí)施例
[0058]如圖1?圖6所示，該可用于MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)，包括輻射響應(yīng)探針臺(tái)1、圖5所示的脈沖1-V測(cè)試系統(tǒng)、圖6所示的脈沖C-V測(cè)試系統(tǒng)和圖4所示的On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)。
[0059]所述輻射響應(yīng)探針臺(tái)I包括一個(gè)置于鉛容器內(nèi)的放射源10，待測(cè)芯片12置于所述鉛容器上端開(kāi)口處，所述待測(cè)芯片12連接探針14，所述探針14連接于脈沖1-V測(cè)試系統(tǒng)、脈沖C-V測(cè)試系統(tǒng)和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)。所述鉛容器包括罩筒111和鉛底座112，罩筒111上端置于鉛保護(hù)層15中、下端置于可遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)位置的鉛容器底座9上。所述鉛容器上側(cè)環(huán)繞鉛保護(hù)層15，所述鉛保護(hù)層15包括兩個(gè)半環(huán)形鉛層，所述半環(huán)形鉛層接口處為鋸齒形結(jié)構(gòu)，所述鉛保護(hù)層下部還包括鋼支架16，所述鋼支架16下部連接于探針臺(tái)底座17。
[0060]以下對(duì)圖4?圖6脈沖1-V、脈沖C-V和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)的三個(gè)電路進(jìn)行分別說(shuō)明:
[0061 ] 所述脈沖1-V、脈沖C-V和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)均通過(guò)探針17對(duì)MOS芯片的輻射響應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，脈沖1-V測(cè)試系統(tǒng)和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)均包括一個(gè)信號(hào)發(fā)生器6、一個(gè)直流電壓源2、一個(gè)與直流電壓源串聯(lián)的可變電阻3和一臺(tái)具有A/D轉(zhuǎn)換功能的數(shù)據(jù)采集器
7。測(cè)量時(shí)，所述脈沖1-V測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)傳輸接口由所述信號(hào)發(fā)生器6自動(dòng)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口將脈沖信號(hào)傳送給待測(cè)芯片12，所述脈沖信號(hào)的周期、電壓峰值、邊沿上升時(shí)間以及脈沖數(shù)量可以根據(jù)計(jì)算機(jī)程序控制發(fā)生變化。當(dāng)所述信號(hào)發(fā)生器6將脈沖信號(hào)傳送給待測(cè)芯片12，在待測(cè)芯片12上形成脈沖電壓，所述待測(cè)芯片12產(chǎn)生微小電流。所述直流電壓源2和與直流電壓源串聯(lián)的可變電阻3將待測(cè)芯片12產(chǎn)生的微小電流放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，所述可變電阻3調(diào)節(jié)控制微小電流信號(hào)放大倍數(shù)。所述電壓信號(hào)由一臺(tái)具有A/D轉(zhuǎn)換功能的數(shù)據(jù)采集器7自動(dòng)實(shí)時(shí)采集在測(cè)量，并同時(shí)將獲得的數(shù)據(jù)傳送回計(jì)算機(jī)。
[0062]脈沖C-V測(cè)試系統(tǒng)包括一個(gè)信號(hào)發(fā)生器6、一臺(tái)電流/電壓放大器4和一臺(tái)具有A/D轉(zhuǎn)換功能的數(shù)據(jù)采集器7，測(cè)量時(shí)，所述脈沖C-V測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)傳輸接口由所述信號(hào)發(fā)生器6自動(dòng)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口將脈沖信號(hào)傳送給電容器件5，所述脈沖信號(hào)的周期、電壓峰值、邊沿上升時(shí)間以及脈沖數(shù)量可以根據(jù)計(jì)算機(jī)程序控制發(fā)生變化。當(dāng)所述信號(hào)發(fā)生器6將脈沖信號(hào)傳送給電容器件5，在所述電容器件5上形成微小的充放電流。所述電流/電壓放大器4將電容器件5產(chǎn)生的充放電流放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。所述電壓信號(hào)由一臺(tái)具有A/D轉(zhuǎn)換功能的數(shù)據(jù)采集器7自動(dòng)實(shí)時(shí)采集在測(cè)量，并同時(shí)將獲得的數(shù)據(jù)傳送回計(jì)算機(jī)。
[0063]所述鉛容器上側(cè)環(huán)繞鉛保護(hù)層15，所述鉛保護(hù)層15包括接口相互嚙合的兩半環(huán)形鉛層，所述鉛保護(hù)層下部設(shè)置鋼支架16，所述鋼支架16下部與探針臺(tái)底座17連接。
[0064]所述鉛容器包括兩端開(kāi)口的罩筒111和設(shè)置在罩筒下端支撐放射源的鉛底座112，所述鉛底座與罩筒111孔軸配合隔離罩筒下端開(kāi)口，待測(cè)芯片12置于所述鉛容器的罩筒111上端開(kāi)口處，所述鉛底座、罩筒111和待測(cè)芯片12形成放置放射源10的儲(chǔ)存?zhèn)}，所述放射源10通過(guò)罩筒111的上端開(kāi)口對(duì)所述待測(cè)芯片12進(jìn)行電離輻射。
[0065]所述系統(tǒng)還包括輻射防護(hù)暗箱9，所述探針測(cè)試平臺(tái)設(shè)置在輻射防護(hù)暗箱9內(nèi)，所述探針臺(tái)底座上設(shè)置調(diào)節(jié)待測(cè)芯片12的空間位置的空間位置調(diào)節(jié)裝置；所述空間位置調(diào)節(jié)裝置包括三個(gè)金屬遙桿18，金屬遙桿18穿過(guò)輻射防護(hù)暗箱9調(diào)節(jié)探針14高度、鉛容器水平位置和鉛容器水平旋轉(zhuǎn)角度。所述顯微鏡13對(duì)應(yīng)于待測(cè)芯片12的上方，并通過(guò)電子目鏡131與計(jì)算機(jī)連接輸出。
[0066]所述探針連接于脈沖1-V測(cè)試系統(tǒng)、脈沖C-V測(cè)試系統(tǒng)和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)，所述測(cè)試系統(tǒng)均包括程序控制模塊、信號(hào)發(fā)生模塊、信號(hào)輸出模塊和數(shù)據(jù)接收模塊。所述程序控制模塊包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)和控制測(cè)量系統(tǒng)，該模塊由計(jì)算機(jī)對(duì)整套測(cè)試系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)生、信號(hào)輸出和數(shù)據(jù)采集進(jìn)行控制。所述信號(hào)發(fā)生模塊包括信號(hào)發(fā)生器和數(shù)據(jù)傳輸接口。所述信號(hào)輸出模塊可分為1-V電流轉(zhuǎn)換模塊與C-V電流轉(zhuǎn)換模塊。所述1-V電流轉(zhuǎn)換模塊包括一個(gè)直流電壓源2和一個(gè)可變電阻3，所述脈沖C-V電流轉(zhuǎn)換模塊由一電流/電壓放大器4構(gòu)成，程序控制模塊調(diào)節(jié)放大器放大倍數(shù)。所述數(shù)據(jù)接收模塊包括一臺(tái)高速A/D轉(zhuǎn)換功能的數(shù)據(jù)采集器。
[0067]進(jìn)行MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的在線測(cè)試時(shí)，將保存放射源10的鉛容器小心的打開(kāi)，將鉛容器的罩筒111放置于探針臺(tái)底座17上，迅速的將待測(cè)芯片12置于所述鉛容器上端開(kāi)口處并且將鉛保護(hù)層15移動(dòng)至所需位置以保護(hù)實(shí)驗(yàn)人員。將保護(hù)箱9外殼合上，通過(guò)電子目鏡觀測(cè)探針與芯片接觸位置，通過(guò)金屬搖桿18調(diào)節(jié)探針至適當(dāng)位置。通過(guò)計(jì)算機(jī)操作脈沖測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)生可控信號(hào)傳輸至待測(cè)芯片，通過(guò)數(shù)據(jù)采集器7采集后傳輸至計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成電性曲線。
[0068]具體的MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的在線測(cè)試方法，依次按下列步驟進(jìn)行:
[0069]A.將含有放射源的鉛容器的罩筒放置于探針臺(tái)底座上；
[0070]B.將待測(cè)芯片置于鉛容器上端開(kāi)口處，移動(dòng)鉛保護(hù)層；
[0071]C.調(diào)節(jié)探針位置；
[0072]D.通過(guò)計(jì)算機(jī)控制輸入脈沖信號(hào)生成輸出信號(hào)。
[0073]上述實(shí)例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括輻射響應(yīng)探針臺(tái)(I)、脈沖1-V測(cè)試系統(tǒng)、脈沖C-V測(cè)試系統(tǒng)和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)，所述輻射響應(yīng)探針臺(tái)(I)包括內(nèi)置放射源(10)的鉛容器、待測(cè)芯片(12)和觀測(cè)待測(cè)芯片變化的顯微鏡(13)，所述鉛容器上端開(kāi)口，待測(cè)芯片(12)放置在鉛容器開(kāi)口處，所述待測(cè)芯片(12)上端連接探針(14);所述探針(14)分別與脈沖1-V測(cè)試系統(tǒng)、脈沖C-V測(cè)試系統(tǒng)和On-The-Fly測(cè)試系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述測(cè)試系統(tǒng)安裝均設(shè)置有程序控制模塊、信號(hào)發(fā)生模塊、信號(hào)輸出模塊和數(shù)據(jù)接收模塊；所述程序控制模塊包括與信號(hào)發(fā)生模塊、信號(hào)輸出模塊和數(shù)據(jù)接收模塊連接的計(jì)算機(jī)，用于控制信號(hào)發(fā)生模塊、信號(hào)輸出模塊和數(shù)據(jù)接收模塊的處理過(guò)程，并對(duì)數(shù)據(jù)接收模塊獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，自動(dòng)生成輸入波形、輸出波形曲線并保存。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)發(fā)生模塊包括信號(hào)發(fā)生器和數(shù)據(jù)傳輸接口，所述信號(hào)發(fā)生模塊通過(guò)計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)傳輸接口由程序控制模塊控制自動(dòng)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口將脈沖信號(hào)傳送給待測(cè)芯片，所述脈沖信號(hào)的周期、電壓峰值、邊沿上升時(shí)間以及脈沖數(shù)量根據(jù)程序控制模塊的控制指令發(fā)生變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)輸出模塊包括ι-v電流轉(zhuǎn)換子模塊與脈沖C-V電流轉(zhuǎn)換子模塊；所述1-V電流轉(zhuǎn)換子模塊包括直流電壓源(2)和與直流電壓源(2)串聯(lián)的可變電阻(3)，當(dāng)信號(hào)發(fā)生模塊將脈沖信號(hào)傳送給待測(cè)芯片，在待測(cè)芯片(12)上形成脈沖電壓，所述待測(cè)芯片(12)產(chǎn)生微小電流；所述1-V電流轉(zhuǎn)換子模塊將待測(cè)芯片(12)產(chǎn)生的微小電流放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，所述可變電阻調(diào)節(jié)控制 微小電流信號(hào)放大倍數(shù)；所述脈沖C-V電流轉(zhuǎn)換子模塊由一電流/電壓放大器(4)構(gòu)成，所述電流/電壓放大器將C-V測(cè)試過(guò)程中電容器件(5)產(chǎn)生的微小漏電流放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并通過(guò)程序控制模塊調(diào)節(jié)放大器放大倍數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)接收模塊包括一臺(tái)具有A/D轉(zhuǎn)換功能的數(shù)據(jù)采集器，用于自動(dòng)實(shí)時(shí)采集在測(cè)量過(guò)程中信號(hào)發(fā)生模塊與信號(hào)輸出模塊產(chǎn)生的信號(hào)數(shù)據(jù)，并同時(shí)將獲得的數(shù)據(jù)傳送回計(jì)算機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述鉛容器上側(cè)環(huán)繞鉛保護(hù)層(15)，所述鉛保護(hù)層(15)包括接口相互嚙合的兩半環(huán)形鉛層，所述鉛保護(hù)層下部設(shè)置鋼支架(16)，所述鋼支架(16)下部與探針臺(tái)底座(17)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述鉛容器包括兩端開(kāi)口的罩筒(111)和設(shè)置在罩筒下端支撐放射源的鉛底座(112)，所述鉛底座與罩筒(111)孔軸配合隔離罩筒下端開(kāi)口，待測(cè)芯片(12 )置于所述鉛容器的罩筒(111)上端開(kāi)口處，所述鉛底座、罩筒(111)和待測(cè)芯片(12)形成放置放射源(10)的儲(chǔ)存?zhèn)}，所述放射源(10)通過(guò)罩筒(111)的上端開(kāi)口對(duì)所述待測(cè)芯片(12)進(jìn)行電離輻射。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括輻射防護(hù)暗箱(9)，所述探針測(cè)試平臺(tái)設(shè)置在輻射防護(hù)暗箱(9)內(nèi)，所述探針臺(tái)底座上設(shè)置調(diào)節(jié)待測(cè)芯片(12)的空間位置的空間位置調(diào)節(jié)裝置；所述空間位置調(diào)節(jié)裝置包括三個(gè)金屬遙桿(18)，金屬遙桿(18)穿過(guò)輻射防護(hù)暗箱(9)調(diào)節(jié)探針(14)高度、鉛容器水平位置和鉛容器水平旋轉(zhuǎn)角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MOS芯片Y射線輻射響應(yīng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述顯微鏡(13)對(duì)應(yīng)于待測(cè)芯片(12)的上方，并通過(guò)電子目鏡(131)與計(jì)算機(jī)連接輸出。
【文檔編號(hào)】G01R31/28GK103675646SQ201310364426
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】慕軼非, 趙策洲 申請(qǐng)人:西交利物浦大學(xué)