可用於X射線、γ射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統的製作方法

2023-12-01 04:20:01

專利名稱：可用於X射線、γ射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於輻射試驗技術領域，涉及半導體材料和器件性能的測試裝置，具體涉及一種可用於X射線、Y射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統。
背景技術：
半導體工業已是當今工業的中流砥柱。隨著航空微電子、軍用微電子技術的發展， 各類半導體材料和器件已經廣泛地被開發和應用於航天航空飛行器，核控制系統中。然而， 特別的是，這些微電子設備面臨著強輻射環境的影響，諸如空間輻射，人造輻射。輻射作用會影響它們的可靠性，進而使部分甚至整個電子系統發生故障。因此，為了使這些特殊的微電子器件在惡劣的輻射環境中正常穩定的工作，必須對半導體材料和基礎元器件進行輻射及抗輻射的研究。對於相同能量的常見的電離輻射，X射線和Y射線(光子)是最難被屏蔽的。根據光子在物質中的指數衰減理論，對於有限的屏蔽厚度，總有一部分的射線能夠穿透屏蔽層與屏蔽層內的半導體材料和器件進行相互作用。因此，研究X射線和Y射線對半導體材料和器件具有實際意義。但是，X射線和Y射線對研究人員的健康具有嚴重的危害，輕則出現不適，重則致命。所以，在進行相關的研究之前，建立一個安全可靠的實驗平臺尤為重要。通常情況下， 半導體行業以及光電行業的測試都會用到探針臺，探針臺是用來測試矽片上每個CHIP電路特性的設備。現有的探針臺從操作上來區分有手動，半自動，全自動；從功能上來區分有高溫探針臺，低溫探針臺，RF探針臺，LCD平板探針臺，霍爾效應探針臺，表面電阻率探針臺。已知的探針臺不能直接用於做光子輻射實驗，因為存在很大的危險。另外，現有的貯存放射源的鉛容器結構不具備可針對此類輻射實驗的特徵既能安全儲存，又能用於電離輻射實驗。因此，綜合考慮上述研究的必須性和輻射環境的特殊性，一個可針對X射線和Y 射線輻射實驗的多功能用途的探針臺測試系統不可或缺。
發明內容本發明目的在於提供一種可用於X射線、Y射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統，解決了現有技術中現有設備不能直接應用於X射線、Y射線輻射實驗的技術難題。為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是一種可用於X射線、Y射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統，包括探針測試平臺，所述探針測試平臺包括待測晶片、內置放射源的鉛容器和觀測待測晶片變化的顯微鏡， 其特徵在於所述系統還包括輻射防護暗箱，所述探針測試平臺設置在輻射防護暗箱內，所述鉛容器上端開口，待測晶片放置在鉛容器開口上，所述待測晶片上端設置探針座；所述鉛容器下端設置調節待測晶片的空間位置的空間位置調節裝置。優選的，所述顯微鏡通過電子目鏡連接到計算機；所述顯微鏡觀測到晶片圖像後通過電子目鏡顯示輸出到計算機。優選的，所述空間位置調節裝置包括三個操縱杆，所述操縱杆貫穿輻射防護暗箱調節晶片的空間位置和輻射θ角；所述輻射防護暗箱設置與操縱杆操作行程匹配的滑槽。優選的，所述鉛容器和探針座均與I-V曲線測試儀和C-V曲線測試儀連接輸出給計算機進行數據處理。優選的，所述鉛容器包括上蓋、兩端開口的罩筒和設置在罩筒下端支撐放射源的支撐座，所述放射源設置在罩筒內，所述支撐座與罩筒孔軸配合隔離罩筒下端開口 ；所述上蓋設置在罩筒上端隔離罩筒上端開口。優選的，所述探針測試平臺還包括鋼支架，所述鋼支架上端設置探針座和空間位置調節裝置；所述探針座設置在空間位置調節裝置上端。優選的，輻射防護暗箱為設置有輻射防護塗層的箱體，箱體內設置探針測試平臺。本發明建立了一個安全可靠的可針對X射線、Y射線輻射實驗用途的多功能手動探針臺測試系統，可以用來幫助研究人員有效地研究光子對半導體材料(包括新興的高_k 材料)和相關基礎元器件的影響，具有高性價比、高安全性的優點。本發明技術方案中通過空位位置調節裝置的改進，包括延長探針臺x、y、ζ軸方向調節操控杆實現探針臺x、y、ζ軸方向調節和θ角調節，使之能夠在輻射防護暗箱外部在一定的範圍內能夠被操控。鉛容器的厚度經過嚴格的理論計算並經外部劑量當量的實際測量。另外，輻射防護暗箱內部由輕質防輻射材料鋪成。輻射防護箱的一方面對操作人員實施了雙重的輻射防護，另一方面保證在進行如

圖1所示的輻射實驗時，樓層上方的人員安全。由於在實驗完成前輻射防護暗箱保持關閉，扎針的情況通過電子目鏡向計算機顯示屏輸出，使得扎針能順利完成。在完成扎針後，通過IV，CV曲線測試儀，數據由另一計算機採集處理。相對於現有技術中的方案，本發明的優點是本發明用於測試電離輻射對半導體晶片及其器件影響的探針臺測試系統，所述探針臺具有輻射防護功能的暗箱裝載，可以在箱外通過電子目鏡對所測晶片進行觀察，通過箱外操控杆對探針臺進行操作(包括x、y、z軸和θ角)。可對正在被電離輻射的晶片進行相應的I-V和C-V測試，並同步地將所測數據輸入計算機進行處理。暗箱和外部操控杆可根據實際需要進行方便拆裝以適應輻射和非輻射實驗的需求。鉛容器分為可分離的三個部分，上蓋和罩筒之間有間隙，用於承載晶片；罩筒用於擱置放射源。當做完實驗後可用此鉛容器亦可作為放射源存貯裝置。本發明技術方案可以實現在實驗中的防輻射安全操作。另外，該探針臺可以方便的變為一般的探針臺。取下電子目鏡裝置和與x、y、z軸和θ角相連的長操控杆，即可進行普通的探針臺實驗。所以本發明的多功能探針測試系統可用於輻射實驗和一般的晶片測量實驗，安全可靠，結構簡單，性價比高。本發明的防輻射探針臺測試系統可以實現晶片在X射線、Y射線輻射下的安全實驗測量及相關研究。在現階段此發明填補了利用探針臺完成電離輻射對半導體晶片及其器件影響實驗的技術空白，為防輻射集成電路開發應用奠定了基礎。此套測試系統能夠幫助研究人員安全地完成輻射實驗，更好的研究輻射對晶片的影響，這將為提高新一代航天航空微電子，軍用微電子抗輻射的特性。為了克服現有的探針臺無法完成X射線、Y射線相關實驗的不足，本多功能探針臺測試系統，彌補了此項技術的空白。該測試系統不僅具有普通探針臺的測試功能，而且能方便地、安全地實現光子輻射晶片的測試。
以下結合附圖及實施例對本發明作進一步描述圖1為本發明實施例可用於X射線、Y射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統的結構示意圖；圖2為本發明實施例可用於X射線、Y射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統的工作狀態圖；圖3為本發明實施例可用於X射線、Y射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統內部結構示意圖；圖4為本發明實施例多功能探針臺測試系統鉛容器爆炸結構示意圖。其中1為待測晶片；2為顯微鏡；3為放射源；4為鉛容器；5為輻射防護暗箱；6 為電子目鏡；7為操縱杆；8為探針座；9為鋼支架；41為上蓋；42為罩筒；43為支撐座；21 為顯微鏡調焦螺旋；22為顯微鏡高度調節；71為陶瓷滾輪；72為θ角旋轉模塊；73為絕緣層。
具體實施方式
以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用於說明本發明而不限於限制本發明的範圍。實施例中採用的實施條件可以根據具體廠家的條件做進一步調整，未註明的實施條件通常為常規實驗中的條件。實施例如圖1 圖4所示，該可用於X射線、Y射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統， 包括探針測試平臺和輻射防護暗箱5，所述探針測試平臺包括待測晶片1、內置放射源3的鉛容器4和觀測待測晶片變化的顯微鏡2，所述探針測試平臺設置在輻射防護暗箱5內，所述鉛容器上端開口，待測晶片1放置在鉛容器開口上，所述待測晶片1上端設置探針座8 ； 所述鉛容器下端設置調節待測晶片1的空間位置的空間位置調節裝置。顯微鏡通過電子目鏡6連接到計算機；所述顯微鏡觀測到晶片圖像後通過電子目鏡6顯示輸出到計算機。所述空間位置調節裝置包括三個操縱杆7，所述操縱杆貫穿輻射防護暗箱5調節晶片的空間位置和輻射θ角；所述輻射防護暗箱5設置與操縱杆7操作行程匹配的滑槽。所述鉛容器4和探針座8均與I-V曲線測試儀和C-V曲線測試儀連接輸出給計算機進行數據處理。所述鉛容器包括上蓋41、兩端開口的罩筒42和設置在罩筒下端支撐放射源的支撐座43，所述放射源設置在罩筒42內，所述支撐座與罩筒孔軸配合隔離罩筒下端開口 ；所述上蓋設置在罩筒上端隔離罩筒上端開口。探針測試平臺還包括鋼支架9，所述鋼支架9上端設置探針座8和空間位置調節裝置；所述探針座8設置在空間位置調節裝置上端。輻射防護暗箱5為設置有輻射防護塗層的箱體，箱體內設置探針測試平臺。如圖1所示，待測晶片1進行輻射，這樣可以測量輻射對晶片的即時的性能變化。輻射防護暗箱5內壁由阻擋光子輻射的輕質有機材料鋪成，可以是輻射防護工作服的材料，用作第二層防護，第一層防護為鉛容器4。雙層防護以確保工作人員的絕對安全。電子目鏡6與顯微鏡一目相連，將電子圖像輸出到計算機顯示屏。顯微鏡依附於鋼結構支架，顯微鏡調焦螺旋21用於調節顯微鏡焦距。待測晶片1直接置於鉛容器上方接受放射源3的輻射，鉛容器4為圓柱體，遵循的原則是各個部分包圍放射源的厚度均不小於經實際測量驗證的安全厚度。由於鉛容器三部分自身重量及各自的凹凸設計，故不會產生相對位移。 中間罩筒42部分的鏤空正好可以裝下放射源3。晶片性能的變化經由三維探針座8探針， 通過連接線(輻射防護暗箱上有專門的數據連接口)、i-v，C-V曲線測試儀向計算機反映。 觀測電子目鏡輸出的圖像，改變操作杆7 (具有三個操作杆)進行ζ方向-高度調節，調節 θ角旋轉模塊72，y方向-平面調節和χ方向-平面調節和x、y方向微調以實現扎針。ζ 方向-高度調節，θ角旋轉，和x、y方向微調通過各自對應的鎖緊裝置與各自的長操控杆 7相連。θ角旋轉模塊為導體平臺，因此，由於鉛也是導體，待測晶片與θ角旋轉模塊電導通；在θ角旋轉模塊下端設置絕緣層73進行絕緣處理。同樣地，輻射防護暗箱上有橢圓孔或者長條形槽可以使不同的長操控杆通過。如圖2所示，待測晶片在鉛容器中經受一定劑量的輻射後，打開鉛容器上部分，迅速取出待測晶片置於θ角旋轉模塊的導體平臺上，蓋上鉛容器上蓋41。同樣地，通過長操控杆調節直至待測晶片與三維探針座探針接觸。該測試系統主要可以用來實現兩類光子放射實驗如圖1，首先應調節ζ軸高度， 將無放射源無上蓋的鉛容器放在探針臺上模擬實驗，連接完成各部分電路後，將電子目鏡放於顯微鏡目上，調節顯微鏡高度以及焦距，直至能夠在計算機顯示屏上清晰地看到晶片的圖像。三維探針底座的方向高度應調節到能夠對晶片扎針的位置，因為一旦關閉輻射防護暗箱，實驗完成前不得打開。在無放射源的模擬實驗完成後，將有源鉛容器上蓋打開，迅速地將鉛容器放置在探針臺上，晶片置於鉛容器上，然後關閉輻射防護暗箱。通過觀察與電子目鏡相連的PC顯示屏，操控輻射防護暗箱外部的操控杆，以實現扎針。數據經過IV，CV 測試儀，採用計算機進行實時監測、記錄和處理；此外，如圖2，將晶片置於鉛容器內進行長時間輻照，當吸收一定的劑量後，取出放在探針臺上測試，調整高度進行扎針，比較輻射前和輻射後晶片參數的變化。上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人是能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求1.一種可用於X射線、Y射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統，包括探針測試平臺， 所述探針測試平臺包括待測晶片(1)、內置放射源(3)的鉛容器(4)和觀測待測晶片變化的顯微鏡(2)，其特徵在於所述系統還包括輻射防護暗箱(5)，所述探針測試平臺設置在輻射防護暗箱(5)內，所述鉛容器上端開口，待測晶片(1)放置在鉛容器開口上，所述待測晶片 (1)上端設置探針座(8);所述鉛容器下端設置調節待測晶片(1)的空間位置的空間位置調節裝置。
2.根據權利要求1所述的可用於X射線、、射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統， 其特徵在於所述顯微鏡通過電子目鏡(6)連接到計算機；所述顯微鏡觀測到晶片圖像後通過電子目鏡(6)顯示輸出到計算機。
3.根據權利要求1所述的可用於X射線、、射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統，其特徵在於所述空間位置調節裝置包括三個操縱杆(7)，所述操縱杆貫穿輻射防護暗箱 (5)調節晶片的空間位置和輻射θ角；所述輻射防護暗箱(5)設置與操縱杆(7)操作行程匹配的滑槽。
4.根據權利要求1所述的可用於X射線、Y射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統， 其特徵在於所述鉛容器(4)和探針座(8)均與I-V曲線測試儀和C-V曲線測試儀連接輸出給計算機進行數據處理。
5.根據權利要求1所述的可用於X射線、Y射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統， 其特徵在於所述鉛容器包括上蓋(41)、兩端開口的罩筒(42)和設置在罩筒下端支撐放射源的支撐座(43)，所述放射源設置在罩筒(42)內，所述支撐座與罩筒孔軸配合隔離罩筒下端開口 ；所述上蓋設置在罩筒上端隔離罩筒上端開口。
6.根據權利要求1所述的可用於X射線、Y射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統， 其特徵在於所述探針測試平臺還包括鋼支架(9)，所述鋼支架(9)上端設置探針座(8)和空間位置調節裝置；所述探針座(8)設置在空間位置調節裝置上端。
7.根據權利要求1所述的可用於X射線、、射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統， 其特徵在於輻射防護暗箱(5)為設置有輻射防護塗層的箱體，箱體內設置探針測試平臺。
專利摘要本實用新型公開了一種可用於X射線、γ射線輻射實驗的多功能探針臺測試系統，包括探針測試平臺，所述探針測試平臺包括待測晶片(1)、內置放射源(3)的鉛容器(4)和觀測待測晶片變化的顯微鏡(2)，其特徵在於所述系統還包括輻射防護暗箱(5)，所述探針測試平臺設置在輻射防護暗箱(5)內，所述鉛容器上端開口，待測晶片(1)放置在鉛容器開口上，所述待測晶片(1)上端設置探針座(8)；所述鉛容器下端設置調節待測晶片(1)的空間位置的空間位置調節裝置。該系統不僅具有普通探針臺的測試功能，而且能方便地、安全地實現光子輻射晶片的測試。
文檔編號G01R31/303GK201993443SQ20112009020
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月31日 優先權日2011年3月31日
發明者歸靖慷, 胡新立, 趙策洲 申請人:西交利物浦大學