專利名稱：一種用于電光探測(cè)器電壓校準(zhǔn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路電光采樣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對(duì)電光探測(cè)器的調(diào)制信號(hào)電壓進(jìn)行校準(zhǔn)的方法。

背景技術(shù)：
隨著微電子芯片制造技術(shù)的發(fā)展，芯片的集成度和運(yùn)行速度越來(lái)越高。為了改進(jìn)集成電路的設(shè)計(jì)和制造工藝，提高集成電路的可靠性，需要對(duì)發(fā)生故障的集成電路芯片進(jìn)行檢測(cè)分析。電光檢測(cè)是一種用光學(xué)方法對(duì)芯片內(nèi)部電壓特性進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方法，被國(guó)內(nèi)外研究者證實(shí)具有皮秒量級(jí)的時(shí)間分辨率、小于


的電壓靈敏度和0.5μm的空間分辨率，一直是微電子可靠性研究領(lǐng)域中令人關(guān)注的課題。
由于芯片在高頻運(yùn)行時(shí)存在寄生電容、分布參數(shù)不確定性等問(wèn)題，集成電路芯片的內(nèi)部電壓特性的檢測(cè)分析和故障診斷通常在近直流的低頻條件下進(jìn)行。近二十年來(lái)有大量文章介紹電光技術(shù)在GHz及THz探測(cè)中的應(yīng)用，而在故障診斷的近直流的低頻區(qū)域的電光特性研究卻沒(méi)有報(bào)道。本發(fā)明在MHz以下的近直流區(qū)域，利用電光介質(zhì)的壓電共振特性提高電光檢測(cè)的電壓靈敏度。為了測(cè)定和比較集成電路芯片內(nèi)部各電路結(jié)點(diǎn)上的電壓分布，需要對(duì)電光檢測(cè)得到的信號(hào)實(shí)現(xiàn)電壓定標(biāo)。這個(gè)問(wèn)題得不到完善的解決，就會(huì)妨礙著電光檢測(cè)技術(shù)的推廣應(yīng)用。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種芯片內(nèi)部電壓特性無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，原理是待測(cè)的集成電路9表面存在信號(hào)電場(chǎng)，會(huì)引起位于集成電路9表面的電光探頭8中電光介質(zhì)層21的折射率發(fā)生變化，從而使電光探頭中從集成電路9表面反射回來(lái)的探測(cè)光受到調(diào)制，進(jìn)而通過(guò)對(duì)電光調(diào)制信號(hào)的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)集成電路表面電場(chǎng)的逐點(diǎn)探測(cè)。
發(fā)明通過(guò)參考電極19引入電壓幅度已知的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓定標(biāo)，解決了電光檢測(cè)實(shí)用化的問(wèn)題。
本發(fā)明的電光探測(cè)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，具體可分為光學(xué)部分和電學(xué)部分，其中光學(xué)部分又可分為探測(cè)系統(tǒng)部分和照明系統(tǒng)部分。
探測(cè)系統(tǒng)部分半導(dǎo)體激光器1發(fā)出波長(zhǎng)為1.31μm的激光作為探測(cè)光，探測(cè)光經(jīng)過(guò)球透鏡2整形為平行光束，再經(jīng)過(guò)偏振分束鏡3和λ/4波片4后，由二色鏡5和二色鏡6反射進(jìn)入聚焦物鏡7，探測(cè)光經(jīng)過(guò)電光探頭8聚焦在待測(cè)電路9的金屬傳輸線上，經(jīng)反射回來(lái)的探測(cè)光再次通過(guò)電光探頭8和聚焦物鏡7，其中10％的光經(jīng)過(guò)二色鏡6、二色鏡11進(jìn)入CMOS攝像頭12，最后探測(cè)光的聚焦光點(diǎn)在集成電路表面的位置被顯示在監(jiān)視器13；經(jīng)反射的探測(cè)光90％由二色鏡6反射到二色鏡5，再經(jīng)過(guò)波片4由偏振分束鏡3反射進(jìn)入InGaAs探測(cè)器14。
前面所述的半導(dǎo)體激光器1，是指光功率0～10mW可調(diào)的直流半導(dǎo)體激光器，發(fā)出波長(zhǎng)為1.31μm的線偏振激光。調(diào)整半導(dǎo)體激光器1的方向使發(fā)出的激光的偏振方向垂直于紙面。
球透鏡2把半導(dǎo)體激光器1發(fā)射的發(fā)散的激光聚成平行光束。
偏振分束鏡3使偏振方向垂直于紙面的光(探測(cè)光)穿過(guò)偏振分束鏡3，而偏振方向平行于紙面的光(調(diào)制光)偏振分束鏡3被反射。
1/4波片4的光軸與探測(cè)光的偏振方向成45°角，使探測(cè)光通過(guò)波片過(guò)由線偏振光調(diào)制為圓偏振光；由待測(cè)電路9的金屬傳輸線反射回來(lái)的調(diào)制光再次穿過(guò)λ/4波片，其偏振方向由垂直于紙面方向轉(zhuǎn)化為平行于紙面方向，不能穿過(guò)偏振分束鏡3而被反射進(jìn)入探測(cè)器14。
二色鏡5對(duì)1.31μm波長(zhǎng)的探測(cè)光束45°角入射時(shí)的反射率大于99.9％，以減少探測(cè)光的損耗。
二色鏡6對(duì)1.31μm波長(zhǎng)的探測(cè)光束45°角入射時(shí)的反射率為90％，保證監(jiān)視器能清楚地觀察探測(cè)光斑的情況下，盡可能少地減少探測(cè)光的損耗。
聚焦物鏡7使探測(cè)光聚焦成3μm的光斑，聚焦在待測(cè)電路9表面的金屬傳輸線上，提高電光檢測(cè)裝置的空間分辨率。
待測(cè)電路9是電光檢測(cè)裝置的測(cè)量對(duì)象。
照明系統(tǒng)部分發(fā)光管10發(fā)出1.06μm波長(zhǎng)的光作為照明光，其一半被被二色鏡11反射，然后穿過(guò)二色鏡6、聚焦物鏡7和電光探頭8，最后照在待測(cè)電路9的表面，被金屬傳輸線反射。反射回來(lái)的照明光依次經(jīng)過(guò)電光探頭8、聚焦物鏡7、二色鏡6和二色鏡11，進(jìn)入CMOS攝像頭12，最后待測(cè)電路的表面圖案被顯示在監(jiān)視器13。
發(fā)光管10發(fā)出1.06μm波長(zhǎng)的光，其光功率為0～10mW可調(diào)。因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)1.06μm和探測(cè)光波長(zhǎng)1.31μm相近，可以防止經(jīng)過(guò)多個(gè)光學(xué)元件后和探測(cè)光發(fā)生色差使得成像不清晰。
二色鏡11對(duì)1.06μm的光半透半反，使照明光從電路返回之后，能夠盡可能多的進(jìn)入CMOS攝像頭12，使電路成像更清晰。
二色鏡6對(duì)1.06μm的光的透過(guò)率大于99％，減少照明光的損耗。
電學(xué)部分探測(cè)器14把經(jīng)過(guò)電光調(diào)制的光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再由鎖相放大器15放大，最后由示波器16顯示電光調(diào)制的電信號(hào)的大小，從而用來(lái)確定待測(cè)電路9表面金屬傳輸線的電壓幅值。在電光檢測(cè)時(shí)，信號(hào)發(fā)生器17給待測(cè)電路供電，給鎖相放大器和示波器提供觸發(fā)信號(hào)。
前面所述的探測(cè)器14為電子科技集團(tuán)重慶四十四所生產(chǎn)的GD3561T型InGaAs探測(cè)器，當(dāng)探測(cè)器外加反偏壓為5V時(shí)，對(duì)1.31μm的響應(yīng)度為0.85A/W。探測(cè)器對(duì)某一特定波長(zhǎng)光的響應(yīng)度是一定的，所以探測(cè)器把電光調(diào)制后的光強(qiáng)按照0.85A/W的響應(yīng)度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。
鎖相放大器15由于電光調(diào)制的光強(qiáng)是μw量級(jí)的弱信號(hào)，示波器16無(wú)法顯示。只有通過(guò)鎖相放大器15把弱信號(hào)放大后，示波器16才能顯示該信號(hào)。鎖相放大器15是EG&G公司5209型號(hào)的LOCK-IN AMPLIFIER。信號(hào)發(fā)生器17發(fā)出的電信號(hào)被送到鎖相放大器15的觸發(fā)信號(hào)端口。鎖相放大器15的信號(hào)通道中有帶通濾波器，使得鎖相放大器15具有帶通濾波作用。于是，與觸發(fā)信號(hào)同頻的電光調(diào)制電信號(hào)可以通過(guò)，而頻率通帶以外的信號(hào)例如由探測(cè)器、市電、外界機(jī)械振動(dòng)等引起的噪聲信號(hào)則不能通過(guò)。
示波器16用來(lái)顯示被鎖相放大器15放大后的電光調(diào)制光電信號(hào)的幅度、波形、頻率，從而確定待測(cè)電路9表面電壓信號(hào)的幅度、波形、頻率。
圖2為電光探頭8的結(jié)構(gòu)示意圖。電光探頭8依次由透明基底18、作為參考電極的透明導(dǎo)電層19、反射膜20和電光介質(zhì)層21組成。電光檢測(cè)時(shí)，調(diào)節(jié)微調(diào)架使電光探頭8靠近待測(cè)電路9的表面。因?yàn)橥该骰?8和透明導(dǎo)電層19的折射率較小，所以這兩層的材料本身對(duì)光的反射忽略不計(jì)。
探測(cè)光8-1從透明基底19入射，在反射膜20處一部分被反射作為參考光8-2，其余部分穿過(guò)電光介質(zhì)層21被待測(cè)電路9上的金屬傳輸線反射作為調(diào)制光8-3。在低頻范圍內(nèi)，由于電光介質(zhì)層21的材料同時(shí)具有壓電和電光特性，在電光介質(zhì)層21內(nèi)調(diào)制光8-3的光程會(huì)隨集成電路表面電場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)弱發(fā)生線性變化。而參考光8-2沒(méi)有經(jīng)過(guò)電光介質(zhì)層21，光程始終不變。因此，調(diào)制光8-3和參考光8-2干涉后的調(diào)制光強(qiáng)將隨著待測(cè)電路9表面電場(chǎng)信號(hào)變化，且調(diào)制光強(qiáng)的大小與待測(cè)電路9電場(chǎng)信號(hào)大小是線性相關(guān)的，調(diào)制光和集成電路傳輸線上電壓的頻率、相位、波形是一致的。
前面所述的透明基底18是對(duì)探測(cè)光無(wú)雙折射效應(yīng)的固體透明材料如透明玻璃、熔融石英和有機(jī)玻璃等，其上下兩面近似平行且是光學(xué)拋光的，其厚度可以為3～10mm。在本發(fā)明中，我們采用的是熔融石英材料，其厚度為5mm，直徑為3mm。
透明導(dǎo)電層19可以通過(guò)磁控濺射的方法，在透明基底18上生長(zhǎng)ITO或AlZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其厚度為幾百納米到幾微米。我們采用的是用磁控濺射方法，在熔融石英材料表面生長(zhǎng)的ITO薄膜作為透明導(dǎo)電層，其厚度為600nm。
電光材料層21上表面有材料本身的界面反射或鍍一層反射膜20，垂直入射時(shí)對(duì)探測(cè)光波長(zhǎng)有0.3～0.4的反射率和0.6～0.7的透射率。
電光介質(zhì)層21為折射率橢球的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸垂直于界面的電光材料，它可以是電光晶體(如GaAs、GaP、LiNbO3等)、多晶電光薄膜(如c軸取向的ZnO)、極化聚合物薄膜(如DR1-SiO2、DR1-PMMA等)、有機(jī)晶體(如DAST)以及液晶材料(如P0616A、SLC1717、SLC2510-000等)，其厚度為幾百納米到幾十微米。我們采用的是<100>晶向的GaAs晶體，減薄并光學(xué)拋光后使用，其厚度為10μm。
信號(hào)發(fā)生器17為待測(cè)電路9提供正弦電信號(hào)，當(dāng)幅值固定而頻率變化時(shí)，檢測(cè)到的電光調(diào)制電信號(hào)(示波器16顯示的信號(hào))是與其頻率相同的正弦信號(hào)，其峰峰值Vp-p隨待測(cè)信號(hào)頻率變化的色散曲線如圖3所示。
但是，當(dāng)電光探頭8套上不同重量的砝碼環(huán)時(shí)，色散曲線的形狀及峰值位置發(fā)生變化(如圖3所示)，這說(shuō)明電光介質(zhì)層的頻率色散現(xiàn)象是由逆壓電效應(yīng)引起的。把電光介質(zhì)層21看作是一個(gè)壓電振子，由材料逆壓電效應(yīng)的理論可知，壓電振子縱向伸縮振動(dòng)的平移運(yùn)動(dòng)方程為 式中C33、η3、u3為沿Z方向的彈性系數(shù)、粘滯系數(shù)和質(zhì)點(diǎn)位移矢量，ρ為平均體密度，F(xiàn)0為外加電壓對(duì)振子的作用力，ω為外加電壓的頻率。
根據(jù)解析近似計(jì)算，得到u3(h，t)與ω的關(guān)系 式中ω0為壓電振子的諧振頻率。由公式2可以看出壓電效應(yīng)引起的壓電材料的位移幅值與外加電壓頻率是相關(guān)的，并且當(dāng)ω＝ω0幅值u3(h，t)有最大值。而ω0與電光探頭8的外加壓力有關(guān)，所以不同的外加壓力引起頻率色散曲線的變化，相應(yīng)的砝碼重量在圖3中標(biāo)出，其中最小壓力為0.07g，對(duì)應(yīng)沒(méi)有加砝碼時(shí)，透明基底的重量。
由圖3可以看出，在逆壓電諧振峰附近測(cè)得的電光調(diào)制信號(hào)比在平坦區(qū)域時(shí)大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。由于本發(fā)明是在電光介質(zhì)層21的逆壓電諧振峰附近測(cè)量待測(cè)電路9的電壓信號(hào)，大大提高了電光檢測(cè)的電壓靈敏度。
將信號(hào)發(fā)生器17提供的正弦電信號(hào)的頻率固定在1kHz(諧振峰附近，對(duì)應(yīng)的壓力為0.07g)，改變其幅值，檢測(cè)到的電光調(diào)制信號(hào)峰峰值Vp-p與待測(cè)信號(hào)幅值的關(guān)系如圖4所示。A、B、C三條曲線是待測(cè)電路同一傳輸線上隨機(jī)三個(gè)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果。實(shí)際上，待測(cè)電路同一傳輸線上各點(diǎn)的電壓是相同的，但測(cè)得的調(diào)制電光信號(hào)的大小卻不相同，也就是說(shuō)通過(guò)這種方式測(cè)得的信號(hào)不能對(duì)待測(cè)電壓信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確的定標(biāo)。其原因有兩個(gè)第一、電光探頭8的姿態(tài)以及探頭和待測(cè)電路間空氣隙的影響，由于是用光學(xué)方法檢測(cè)電路，電光探頭8的姿態(tài)有波長(zhǎng)量級(jí)的變化就有可能引起光強(qiáng)從極強(qiáng)到極弱的變化，需要準(zhǔn)確測(cè)定待測(cè)電路的電壓就需要對(duì)電光探頭8有納米量級(jí)的定位；第二，電光調(diào)制信號(hào)的幅度取決于待測(cè)點(diǎn)的信號(hào)電場(chǎng)的電路表面法向分量的大小，而這個(gè)法向分量的大小受待測(cè)點(diǎn)鄰近的電路布線的影響，鄰近導(dǎo)體間隔越小，信號(hào)電場(chǎng)的法向分量越小，橫向分量越大，因?yàn)殡娏€力求縮短，導(dǎo)致電場(chǎng)信號(hào)幅度與其感生的電光信號(hào)幅度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的不確定性。
經(jīng)過(guò)對(duì)電光調(diào)制信號(hào)隨待測(cè)電壓變化關(guān)系的研究，發(fā)現(xiàn)頻率在諧振峰附近時(shí)，調(diào)制信號(hào)的幅值和外加電壓的幅值呈較好的線性關(guān)系，圖4中對(duì)曲線A、B、C線性擬合得到的線a、b、c也可說(shuō)明這一問(wèn)題。本發(fā)明利用線性關(guān)系，并通過(guò)引入?yún)⒖茧姌O，給出了電壓定標(biāo)測(cè)量的合理實(shí)施方案，從而能夠把上面存在的問(wèn)題通過(guò)參考電極的引入而解決。
將電光探頭8用微調(diào)架固定在聚焦物鏡7下面，可以微調(diào)探頭的位置及角度，精度為微米量級(jí)。電光探頭8上的參考電極19的接法如圖2所示，信號(hào)發(fā)生器22給參考電極19供電，其頻率與待測(cè)信號(hào)相同，波形為正弦，幅值0～10V可調(diào)，相位可取與待測(cè)信號(hào)同相和反相兩種狀態(tài)，信號(hào)發(fā)生器22與為待測(cè)電路9供電的信號(hào)發(fā)生器17共地。
在不知道待測(cè)信號(hào)頻率和相位的情況下，可以先將參考電極19接地，由于電光調(diào)制信號(hào)與待測(cè)電路表面?zhèn)鬏斁€的電壓信號(hào)是同頻、同相的，可通過(guò)獲得的調(diào)制信號(hào)確定待測(cè)信號(hào)的頻率和相位。
在測(cè)量待測(cè)電路上傳輸線某一點(diǎn)時(shí)電壓時(shí)，保持電光探頭8與該點(diǎn)相對(duì)位置不變。為研究方便，先設(shè)該測(cè)量點(diǎn)待測(cè)的正弦電壓信號(hào)的大小為x，在參考電極19上分別接三組與待測(cè)信號(hào)幅值及相位不同、但頻率相同的參考電壓。
先是接與x反相位的電信號(hào)V1和V3，則在測(cè)量點(diǎn)處跨在電光介質(zhì)層21兩端的電場(chǎng)為V1+x、V3+x，再根據(jù)電光調(diào)制信號(hào)的峰峰值與待測(cè)電壓的線性關(guān)系，可得 S1＝k*(V1+x)+b(3) S3＝k*(V3+x)+b(4) 再在參考電極19上接與待測(cè)信號(hào)同相位的電信號(hào)V2，即得 S2＝k*(V2-x)+b(5) 其中V1、V2、V3是已知幅值的參考正弦信號(hào)(信號(hào)發(fā)生器22產(chǎn)生)，S1、S2、S3分別為示波器16讀取的相應(yīng)的電光調(diào)制信號(hào)的峰峰值Vp-p，k為在該點(diǎn)測(cè)量線性關(guān)系的斜率，b為儀器或人為測(cè)量誤差。由于測(cè)量點(diǎn)相同，測(cè)量條件相同，因此，三組測(cè)量數(shù)據(jù)的k、b值均相同，因此，得到以下公式 由公式(7)經(jīng)過(guò)計(jì)算，即可得到待測(cè)電路上測(cè)量點(diǎn)的真實(shí)電壓值。
本發(fā)明中利用在壓電諧振峰附近可實(shí)現(xiàn)電壓定標(biāo)的電光檢測(cè)器有如下的應(yīng)用效果 1、電光檢測(cè)技術(shù)在集成電路故障診斷的近直流區(qū)域，材料的電光效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)都能感應(yīng)縱向電場(chǎng)信號(hào)從而引起探測(cè)光的光強(qiáng)的變化。本發(fā)明利用了逆壓電效應(yīng)的諧振峰來(lái)測(cè)量電場(chǎng)，大大提高了電光檢測(cè)技術(shù)的電壓靈敏度。
2、采用上述說(shuō)明中電壓定標(biāo)測(cè)量的方法，電光檢測(cè)技術(shù)在相同間距的共面波導(dǎo)線、不同間距的共面波導(dǎo)線和經(jīng)過(guò)電阻分壓的波導(dǎo)線上都能準(zhǔn)確地測(cè)量電壓信號(hào)幅值。此項(xiàng)技術(shù)對(duì)電光檢測(cè)的實(shí)用化有著重要的意義。
3、開(kāi)封并對(duì)實(shí)際集成電路進(jìn)行電光檢測(cè)，用本發(fā)明的方法能夠?qū)呻娐穫鬏斁€上的電壓信號(hào)定標(biāo)，說(shuō)明此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)可以用于實(shí)際的集成電路故障診斷。



圖1本發(fā)明所述的電光檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖； 其中各部件的名稱為1.311.31μm半導(dǎo)體激光器1、球透鏡2、偏振分束鏡3、波片4、二色鏡5、二色鏡6、聚焦物鏡7、電光探頭8、待測(cè)電路9、1.06μm照明光源10、二色鏡11、CMOS攝像頭12、監(jiān)視器13、探測(cè)器14、鎖相放大器15、示波器16、信號(hào)發(fā)生器17； 圖2電光探頭8的基本結(jié)構(gòu)示意圖； 其中各部件的名稱為待測(cè)電路9、信號(hào)發(fā)生器17、透明基底18、透明導(dǎo)電層(參考電極層)19、反射膜20、電光介質(zhì)層21、信號(hào)發(fā)生器22，共中8-1為探測(cè)光、8-2為由電光介質(zhì)層上表面反射的參考光、8-3為由待測(cè)電路9表面金屬傳輸線反射的調(diào)制光； 圖3不同壓力下，電光調(diào)制信號(hào)Vp-p與待測(cè)信號(hào)頻率的色散曲線； 圖4電光調(diào)制信號(hào)VP-P峰峰值與待測(cè)信號(hào)X的關(guān)系曲線 圖5(a)電場(chǎng)均勻分布的共面波導(dǎo)線電路圖； (b)測(cè)量結(jié)果曲線； 其中，17為信號(hào)發(fā)生器，23為共面波導(dǎo)線電路的傳輸線； 圖6(a)電場(chǎng)不均勻分布的共面波導(dǎo)線電路圖； (b)電場(chǎng)梯度分布的共面波導(dǎo)線電路圖； 其中，17為信號(hào)發(fā)生器，24、25為共面波導(dǎo)線電路傳輸線； 圖7(a)集成電路器件開(kāi)封后的版圖； (b)由CMOS監(jiān)測(cè)器觀察到的待測(cè)電路表面的圖案；
具體實(shí)施例方式 實(shí)施例1制作表面電場(chǎng)均勻分布的共面波導(dǎo)線電路作為測(cè)量和研究對(duì)象 首先在光學(xué)拋光后的透明基底(如玻璃)上蒸鍍1μm厚的金薄膜，再用光刻方法出如圖5(a)所示的規(guī)則結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)線電路。共面波導(dǎo)線電路中的傳輸線相當(dāng)于集成電路芯片上的傳輸線，所以它可以替代集成電路芯片作為實(shí)驗(yàn)的測(cè)量對(duì)象。
用前面所述的壓電定標(biāo)方法測(cè)量共面波導(dǎo)線電路23上傳輸線的電壓，傳輸線上的任何位置與周圍波導(dǎo)電路的距離都是相同的，因此電場(chǎng)分布是相同的。
利用本發(fā)明所述的電光采樣裝置，在共面波導(dǎo)線電路23的傳輸線上的不同位置取8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行電壓測(cè)量。每進(jìn)行一個(gè)點(diǎn)的電壓測(cè)量時(shí)，電光探頭8的參考電極19都分別由圖2所示的信號(hào)發(fā)生器22提供三組電壓V1、V2和V3，測(cè)量值由圖1所示的示波器16給出，分別為S1、S2和S3。為了簡(jiǎn)化測(cè)量和計(jì)算，公式(7)的三組參考電壓中，取V1＝V2＝5V，V1-V3的值在表1中給出。
信號(hào)發(fā)生器17作為共面波導(dǎo)線電路23的電源，加到傳輸線上的電壓實(shí)際值(X)為1.68V。經(jīng)過(guò)測(cè)量和計(jì)算后，可以得到傳輸線上各點(diǎn)電壓的測(cè)量計(jì)算值x。如圖5(b)所示為每次測(cè)量值與實(shí)際值的關(guān)系曲線，可見(jiàn)測(cè)值均在實(shí)際值上下起伏，8個(gè)測(cè)量點(diǎn)的計(jì)算平均值為1.67V，平均誤差小于6％。
表1；共面波導(dǎo)線電路23取多點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù) 實(shí)施例2制作表面電場(chǎng)不均勻分布的共面波導(dǎo)線電路作為測(cè)量和研究對(duì)象 如6(a)所示，共面波導(dǎo)線電路24中傳輸線上的各點(diǎn)與鄰近的地線間距不同，從而使電力線力分布不同，導(dǎo)致電場(chǎng)信號(hào)幅度與其感生的電光調(diào)制信號(hào)幅度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系不確定，但在公式(7)中，測(cè)量計(jì)算值與波導(dǎo)線間距無(wú)關(guān)，因此同樣可以準(zhǔn)確測(cè)量和計(jì)算得到波導(dǎo)線上各點(diǎn)的準(zhǔn)確電壓值。
采用上述發(fā)明的利用參考電壓的方法，測(cè)測(cè)量結(jié)果如表2，同一導(dǎo)線上的測(cè)量結(jié)果在誤差范圍內(nèi)是相同的。
表2共面波導(dǎo)線電路24取多點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù) 實(shí)施例3制作表面電場(chǎng)梯度分布的共面波導(dǎo)線電路作為測(cè)量和研究對(duì)象 如6(b)所示，共面波導(dǎo)線電路25為用三個(gè)2k歐姆電阻分壓的電路，用本發(fā)明的電壓定標(biāo)方法測(cè)量三根傳輸線上的電壓，測(cè)量數(shù)據(jù)如表3所示，實(shí)測(cè)結(jié)果1.66∶1.125∶0.6≈3∶2∶1符合分壓原理。
表3共面波導(dǎo)線分壓電路的測(cè)量數(shù)據(jù) 綜上所述，所有測(cè)量計(jì)算值與實(shí)際電壓值相符合。同一傳輸線上不同測(cè)量點(diǎn)、不同間距的傳輸線和經(jīng)過(guò)電阻分壓的傳輸線上的電壓信號(hào)都能被準(zhǔn)確地定標(biāo)。測(cè)量結(jié)果證明采用這種方式來(lái)用于解決電光檢測(cè)的電壓校準(zhǔn)問(wèn)題是可行的，對(duì)電光檢測(cè)技術(shù)的實(shí)用化有重要意義。
實(shí)施例4 前面所述的共面波導(dǎo)線電路可以看成是最簡(jiǎn)單的集成電路，而電光檢測(cè)作為集成電路故障診斷的技術(shù)，有必要對(duì)實(shí)際芯片進(jìn)行測(cè)量。
開(kāi)封集成電路器件(型號(hào)為L(zhǎng)T4780)，并取內(nèi)部芯片右側(cè)傳輸線上的點(diǎn)作為測(cè)量點(diǎn)，如圖7(a)所示。圖7(b)為電光檢測(cè)時(shí)CMOS攝像頭12觀察到的電路表面的圖案，其中較大的亮斑為照明光的照明區(qū)域，小亮斑為探測(cè)光的聚焦斑點(diǎn)，其大小為3μm。在芯片右側(cè)的結(jié)點(diǎn)上引出傳輸線上的實(shí)際電信號(hào)并在示波器16的一個(gè)通道上顯示，其信號(hào)為Vp-p＝5V、頻率為1kHz的正弦信號(hào)。采用本發(fā)明的電壓定標(biāo)方法，經(jīng)多次測(cè)量取平均值后，計(jì)算結(jié)果為Vp-p＝4.86V與實(shí)際值很接近。
權(quán)利要求
1.一種用于電光探測(cè)器電壓校準(zhǔn)的方法，電光探測(cè)器的光電光探頭(8)依次由透明基底(18)、作為參考電極的透明導(dǎo)電層(19)、反射膜(20)和電光介質(zhì)層(21)組成，其特征在于利用電光介質(zhì)層(21)逆壓電效應(yīng)和電光效應(yīng)產(chǎn)生的電光調(diào)制信號(hào)隨待測(cè)電路(9)表面電壓信號(hào)變化的一致性，在電光材料層(21)的逆壓電諧振峰附近測(cè)量待測(cè)電路(9)的表面電壓信號(hào)，進(jìn)一步由示波器(16)顯示電光探頭(8)探測(cè)到的待測(cè)電路(9)表面某一點(diǎn)的電光調(diào)制信號(hào)的峰峰值Vp-p值，經(jīng)過(guò)電壓定標(biāo)后得到待測(cè)電路(9)表面某一點(diǎn)的電壓信號(hào)，從而提高電光檢測(cè)的電壓靈敏度。
2.如權(quán)利要求1所述的用于電光探測(cè)器電壓校準(zhǔn)的方法，其特征在于在作為參考電極的透明導(dǎo)電層(19)上引入與待測(cè)電路(9)表面電壓信號(hào)頻率相同的已知幅值的參考信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)待測(cè)電路(9)表面的電壓信號(hào)的定標(biāo)測(cè)量。
3、如權(quán)利要求2所述的用于電光探測(cè)器電壓校準(zhǔn)的方法，其特征在于在測(cè)量待測(cè)電路(9)表面某一點(diǎn)的電壓信號(hào)時(shí)，在參考電極(19)上引入三組已知幅值的參考信號(hào)V1、V2、V3，其中V1、V3與待測(cè)電路(9)表面的電壓信號(hào)相位相反、頻率相同，V2與待測(cè)電路(9)表面的電壓信號(hào)的相位相同、頻率相同；從而待測(cè)電路(9)表面某一點(diǎn)的電壓信號(hào)其中，S1、S2、S3分別為示波器(16)顯
示的、引入三組參考信號(hào)對(duì)應(yīng)的電光調(diào)制信號(hào)的峰峰值Vp-p。
4、如權(quán)利要求3所述的用于電光探測(cè)器電壓校準(zhǔn)的方法，其特征在于是先將參考電極(19)接地，由于電光調(diào)制信號(hào)與待測(cè)電路表面的電壓信號(hào)是同頻、同相的，因此通過(guò)獲得的調(diào)制信號(hào)來(lái)確定待測(cè)信號(hào)的頻率和相位。
全文摘要
本發(fā)明屬于集成電路電光采樣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對(duì)電光探測(cè)器的調(diào)制信號(hào)電壓進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，是對(duì)集成電路故障診斷時(shí)在近直流區(qū)域(10MHz以內(nèi))對(duì)被測(cè)電壓定標(biāo)校準(zhǔn)的新技術(shù)。電壓定標(biāo)測(cè)量一直是電光檢測(cè)技術(shù)有待解決的問(wèn)題。本發(fā)明利用近直流的低頻區(qū)域內(nèi)電光材料的壓電諧振峰，提高電光檢測(cè)的電壓靈敏度兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在探頭的電光介質(zhì)層的上表面引入?yún)⒖茧姌O，并在參考電極上接入與被測(cè)電路相同頻率的并與被測(cè)電壓信號(hào)同相和反相的已知電壓幅度的電信號(hào)作為比較標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)電壓幅值的標(biāo)定，平均測(cè)量誤差小于6％，滿足集成電路故障診斷的需求。
文檔編號(hào)G01R31/28GK101609134SQ20091006724
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者孫洪波, 金如龍, 衣茂斌, 罕 楊, 迪 趙 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)