專利名稱：紅外焦平面列陣探測器芯片的性能測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及紅外探測器的一種性能測試裝置，特別是紅外焦平面列陣探測器芯片的性能測試裝置。
在紅外焦平面列陣探測器的制備過程中，列陣芯片的性能測試是必不可少的。由于列陣芯片像元密集度高、數(shù)量多、電極直徑極小(10-30μm)，并且結(jié)構(gòu)疏松，像元信號從電極上引出不能損壞電極；芯片須制冷90K以下，且芯片表面不能形成霜凍、無油沾污；所測的信號微小，信號的引出必須達到相當高的信噪比。因此，要獲得正確的列陣芯片的性能數(shù)據(jù)，必須要解決以上技術(shù)難點。
目前已有的技術(shù)中，芯片的致冷采用敞開式液氮致冷，為了防止致冷的芯片表面霜凍，芯片周圍局部用氮氣保護，這種方法只能在短時間內(nèi)維持，如像元數(shù)量多、測量時間長、就會影響測量準確性；芯片上諸多像元信號的引出用探針和像元電極接觸來實現(xiàn)，而探針的每次壓下和抬起是通過調(diào)節(jié)螺釘對探針彈簧片壓力來控制，這樣容易造成探針和電極接觸不良或壓力太大損壞像元電極，并且工作效率低；由于所測得的信號微弱，敞開式測量難以達到高的信噪比。因此這種簡陋的測量裝置難以完成大規(guī)模集成芯片的測量要求。
本實用新型的目的為克服上述已有技術(shù)中存在的問題，將原來敞開式液氮致冷改為封閉式的液氮致冷，并能起到電磁屏蔽的作用；保證探針和像元的接觸良好而不損壞電極；探針的移動用機械驅(qū)動，提高工作效率。
本實用新型的解決方案是將芯片致冷部分、探針測量部分放入一個真空的電磁屏蔽室內(nèi)，這樣可以防止芯片由于致冷而形成表面結(jié)霜和空間沾污，電磁屏蔽可以提高芯片測量信噪比；探針與像元電極接觸壓力恒定并可調(diào)，探針的抬起與壓下通過與萬向軸相接的操縱桿控制，探針與像元電極接觸狀態(tài)通過真空室上的觀察窗口，用帶有CCD攝像頭的顯微鏡通過顯示器觀察。
整個測量裝置包括紅外輻射源2，沿著輻射源發(fā)射的紅外輻射光前進的方向上依次置有光欄3，調(diào)制盤4，帶有透紅外輻射的ZnS窗口6的真空室42，45°反射鏡7置在真空室內(nèi)，與ZnS窗口6在同一水平線上，與45°反射鏡7相垂直的上方，真空室42的頂面置有觀察窗18，在真空室內(nèi)底部置有芯片平移臺11，芯片平移臺上置有帶冷頭10的低溫杜瓦9，冷頭10上置有芯片8，在真空室內(nèi)底部與芯片平移臺相對應(yīng)處，置有信號平移臺25和固定平臺26，信號平移臺上置有信號探針架22，固定平臺26上置有接地探針架23和串音探針架24，芯片8上諸像元信號輸出由信號探針架、接地探針架和串音探針架上的探針引出，通過屏蔽線輸入到真空室外的測量儀器43。真空室外，觀察窗18上面置有帶CCD攝像頭20的顯微鏡19，攝像頭與顯示器21相連。
所說的真空室42為一幾何形狀的帶有蓋板的不銹鋼材料制成，內(nèi)置有一照明燈17，底部置有電源接線柱38、信號接線柱39、機械泵抽氣口40、分子篩吸附泵抽氣口41。
所說的芯片平移臺11由步進電機14-1、14-2驅(qū)動作X、Y向移動，芯片平移臺繞Z軸水平方向旋轉(zhuǎn)，由真空室外的操縱桿13與真空室內(nèi)的萬向軸12相連驅(qū)動。
所說的低溫杜瓦9頂部有一液氮輸入管15與真空室側(cè)壁液氮輸入口16相連。低溫杜瓦的冷頭10上置有測溫電阻44通過導(dǎo)線與真空室外的測量儀器43相連。
所說的信號平移臺25由兩個步進電機27-1、27-2驅(qū)動，分別作X、Y向移動。
所說的串音探針架24的X、Y向移動分別由真空室外的操縱桿35、37與真空室內(nèi)的萬向軸34、36相連驅(qū)動。
所說的信號探針架22、接地探針架23、串音探針架24分別與萬向軸28、29、32的一端相連，萬向軸28、29、32的另一端分別與真空室外的操縱桿30、31、33相接，分別控制探針架的探針抬起與壓下二種工作狀態(tài)。上述結(jié)構(gòu)見附圖一、附圖二。


圖一為紅外焦平面列陣探測器芯片性能測試裝置。
圖二為真空室俯視結(jié)構(gòu)圖。
實施例參閱圖一，紅外輻射源2發(fā)射的紅外輻射光，經(jīng)過光欄3、調(diào)制盤4成為調(diào)制光，通過遮擋門5、真空室42側(cè)壁的ZnS窗口6進入真空室42，經(jīng)過45°反射鏡7反射，垂直照射到置于芯片平移臺11上低溫杜瓦9的冷頭10上的芯片8上，芯片上諸像元產(chǎn)生光電信號，由置于信號平移臺25上的信號探針架22的探針22-1和置于固定平臺26上的接地探針架23的探針23-1引出。兩像元之間的串音由通過置于固定平臺26上的串音探針架24上的探針24-1輸入一調(diào)制電信號，在相鄰像元上由信號探針架22上的探針22-1和接地探針架上的探針23-1引出相鄰兩個像元的串音信號。信號的引出均由屏蔽線通過信號接線柱9輸入到測量儀器43上進行測量。探針與像元接觸是通過調(diào)節(jié)螺釘對探針彈簧片加壓來控制，其接觸狀態(tài)由置于真空室42頂部的觀察窗18外帶有CCD攝像頭17的顯微鏡19以及相連的顯示器21觀察。為了便于觀察，顯微鏡視場中心線與芯片垂線有一夾角。
紅外輻射源2到芯片8的光路校正由內(nèi)調(diào)焦望遠鏡1進行調(diào)整。
本實施例中的紅外輻射源2為黑體輻射源，輻射溫度300-1000K，連續(xù)可調(diào)，控溫精度達±0.1°。
本實施例中的真空室42由一圓形的帶有蓋板的可起電磁屏蔽作用的不銹鋼材料制成。真空室42內(nèi)壁置有照明燈17作顯微鏡19照明用。真空室42底部置有機械泵抽氣口40、分子篩吸附泵抽氣口41，真空室由機械泵抽真空，分子篩吸附泵維持真空，真空度達10-1Pa。
本實施例中的芯片平移臺11、信號平移臺25分別由步進電機14-1、14-2、27-1、27-2通過1/25減速驅(qū)動平移臺作X、Y向移動，定位精度為2.5μm，最大移動量50mm，行程速度1mm/s-0.01mm/s。通過芯片平移臺11的移動能把芯片送到紅外輻射視場中心，并與接地探針相接觸。為求得列陣芯片像元電極行線與信號探針移動軌跡平行，提高探針定位效率，芯片平移臺11置有可繞Z軸水平旋轉(zhuǎn)的裝置，該裝置由真空室外的操縱桿13與真空室內(nèi)的萬向軸12一端相連，萬向軸的另一端與芯片平移臺相連。通過操縱桿13調(diào)節(jié)芯片平移臺繞Z軸水平旋轉(zhuǎn)。
本實施例中的信號探針架22、接地探針架23、串音探針架24的探針與像元接觸是通過調(diào)節(jié)螺釘對探針彈簧片加壓來控制，壓力一旦調(diào)整好每次探針被壓下壓力恒定，無需逐個接觸點調(diào)節(jié)，保證每次探針和電極接觸良好，不損壞電極。信號探針架22、接地探針架23、串音探針架24分別與萬向軸28、29、32的一端相連，萬向軸的另一端與真空室外側(cè)壁上的操縱桿30、31、33相連，在測量時，由操縱桿分別控制各探針架的探針的抬起和壓下二種工作狀態(tài)。
本實施例中的串音探針架24置有X、Y向移動調(diào)節(jié)機構(gòu)，該調(diào)節(jié)機構(gòu)由萬向軸34、36的一端與真空室外側(cè)壁操縱桿35、37相連，萬向軸的另一端與串音探針架相接，通過操縱桿控制萬向軸使串音探針架的探針24-1能移至芯片任一像元上，和像元電極接觸。
本實施例中的測量信號由探針經(jīng)過屏蔽線、信號接線柱39分別送到測量儀器43的V-I特性議、鎖相放大器、LCR測試議進行測量，獲得像元特性曲線、電流相應(yīng)率、零偏壓電阻等參數(shù)。杜瓦冷頭10的溫度通過測溫電阻44從信號接線柱39引出，送到測量儀器43的測溫儀測量。照明燈17、步進電機14-1、14-2、17-1、17-2所需電源分別通過電源接線柱38與真空室外部電源相連獲得。
本實用新型具有如下有益效果1.本測量裝置置在真空電磁屏蔽室中，保證被測芯片表面不霜凍、無油沾污、并有較好的電磁屏蔽效果；2.本測量裝置的芯片平移臺和探針平移臺用步進電機驅(qū)動，移動定位精度高達±2.5μm，適合對列陣芯片像元電極直徑10μm～30μm的測量；3.本測量裝置的探針架的探針與像元電極接觸良好，在測量過程中，無需逐個接觸點調(diào)節(jié)，提高了工作效率。
由于以上有益效果，本實用新型適合較大規(guī)模列陣芯片的測試。
權(quán)利要求1.一種紅外焦平面列陣探測器芯片的性能測試裝置，包括紅外輻射源(2)，沿著紅外輻射源(2)發(fā)射的紅外輻射光前進的方向上，依次置有光欄(3)、調(diào)制盤(4)、45°反射鏡(7)、帶冷頭(10)的低溫杜瓦(9)，冷頭(10)上的置有芯片(8)，芯片(8)上方置有顯微鏡(19)，芯片(8)諸像元信號的輸出經(jīng)信號探針架(22)的探針(22-1)、接地探針架(23)的探針(23-1)、串音探針架(24)的探針(24-1)與測量儀器(43)相連；其特征在于(1).所說的45°反射鏡(7)、低溫杜瓦(9)、信號探針架(22)、接地探針架(23)、串音探針架(24)置于一幾何形狀的帶有蓋板的電磁屏蔽真空室(42)內(nèi)；真空室(42)側(cè)壁置有ZnS窗口(6)與45°反射鏡(7)在同一水平線上；45°反射鏡(7)垂直上方，真空室(42)頂面置有觀察窗(18)；真空室(42)內(nèi)底部置有帶步進電機(14-1)、(14-2)的芯片平移臺(11)，芯片平移臺(11)上置有帶冷頭(10)的低溫杜瓦(9)，冷頭(10)上置有芯片(8)；在真空室(42)內(nèi)底部與芯片平移臺(11)相對應(yīng)處，置有帶步進電機(27-1)、(27-2)的信號平移臺(25)和固定平臺(26)，信號平移臺上置有信號探針架(22)，固定平臺(26)上置有接地探針架(23)和串音探針架(24)；真空室(42)內(nèi)側(cè)壁置有照明燈(17)；底部置有電源接線柱(38)、信號接線柱(39)、機械泵抽氣口(40)、分子篩吸附泵抽氣口(41)；在觀察窗(18)上置有帶CCD攝像頭(20)的顯微鏡(19)，攝像頭(20)與顯示器(21)相連；(2).所說的低溫杜瓦(9)頂部有一液氮輸入管(1 5)與真空室(42)側(cè)壁液氮輸入口(16)相連，低溫杜瓦的冷頭(10)上置有測溫電阻(44)通過信號接線柱(39)與真空室(42)外的測量儀器(43)相連；(3).所說的信號探針架(22)、接地探針架(23)、串音探針架(24)分別與萬向軸(28)、(29)、(32)一端相連，萬向軸(28)、(29)、(32)的另一端分別與真空室(42)外側(cè)壁的操縱桿(30)、(31)、(33)相連，使其在測試時可分別通過操縱桿(30)、(31)、(33)控制信號探針架(22)的探針(22-1)、接地探針架(23)的探針(23-1)、串音探針架(24)的探針(24-1)抬起和壓下兩種工作狀態(tài)；(4).所說的串音探針架(24)帶有與萬向軸(34)、(36)相連接的置在真空室(42)側(cè)壁的操縱桿(35)、(37)；(5).所說的芯片平移臺(11)帶有與萬向軸(12)相連接的置于真空室(42)側(cè)壁的操縱桿(13)；(6).在紅外輻射源(2)之前置有內(nèi)調(diào)焦望遠鏡(1)。
2.依照權(quán)利要求1所述的紅外焦平面列陣探測器芯片的性能測試裝置，其特征在于所述的液氮輸入管(15)由多個磷青銅波紋管密封連接。
3.依照權(quán)利要求1所述的紅外焦平面列陣探測器芯片性能測試裝置，其特征在于所述的真空室(42)由不銹鋼材料制成。
專利摘要本實用新型公開了一種紅外焦平面列陣芯片的性能測試裝置,包括依次置有的輻射源、光欄、調(diào)制盤、帶ZnS窗口的真空電磁屏蔽室。真空室內(nèi)有45°反射鏡、置在芯片平移臺上的低溫杜瓦冷頭上的芯片、置在信號平移臺上的信號探針架,置在固定平臺上的接地探針架和串音探針架,平移臺的定位精度達±2.5μm,芯片像元上產(chǎn)生的光電信號由探針通過屏蔽線輸入到真空室外的測量儀器進行測量。本裝置適合大規(guī)模列陣芯片性能的測試。
文檔編號G01R31/26GK2395283SQ9924003
公開日2000年9月6日 申請日期1999年10月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月26日
發(fā)明者王正官, 陳伯良, 陳世軍 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所