一種薄膜電學特性與擊穿特性實時測試分析系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及材料科學領域中的絕緣介質(zhì)或半導體薄膜性能測試技術(shù)，尤其是涉及一種薄膜電學特性與擊穿特性實時測試分析系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]擊穿測試是薄膜半導體器件或薄膜電容器研宄的重要組成部分。然而強場下薄膜的擊穿行為極為復雜，很難一概而論。如何簡單有效地評價和分析薄膜在強場下出現(xiàn)的擊穿現(xiàn)象，是提高薄膜材料研宄效率的重要研宄手段。對樣品擊穿行為的測試與分析是提高其耐電性能和可靠性必要手段。
[0003]對于擊穿行為測試研宄，常規(guī)的辦法是對大量樣品進行擊穿測試，得到統(tǒng)計壽命預測結(jié)果。薄膜的擊穿或失效分析是通過統(tǒng)計方法來實現(xiàn)的，使得研宄材料的擊穿性能需要相當數(shù)量的樣品用于測試。這消耗了大量的時間和物力，研宄效率較低。以此同時，由于傳統(tǒng)擊穿測試方法是對一大批樣品的統(tǒng)計分析結(jié)果，但是卻不對擊穿過程進行研宄，從而很難分析和評價薄膜材料擊穿機理和導致?lián)舸┈F(xiàn)象發(fā)生的原因，這極不利于薄膜材料與器件的研宄和設計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種易于操作，耗費時間少，直觀性好的薄膜電學特性與擊穿特性實時測試分析系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種薄膜電學特性與擊穿特性實時測試分析系統(tǒng)，包括電學測試裝置、顯微圖像實時采集裝置和綜合分析處理裝置，其中:
[0007]所述電學測試裝置包括樣品裝夾座、測試探針、數(shù)字源表和測試控制模塊，所述測試探針設置在樣品裝夾座上，所述測試探針、數(shù)字源表和測試控制模塊依次連接；
[0008]所述顯微圖像實時采集裝置包括相連接的數(shù)據(jù)碼光學顯微模塊和圖像采集模塊，所述數(shù)據(jù)碼光學顯微模塊設置在樣品裝夾座上；
[0009]所述綜合分析處理裝置分別連接測試控制模塊、圖像采集模塊；
[0010]測試控制模塊控制數(shù)字源表、測試探針對樣品裝夾座上的樣品進行電學測試，圖像采集模塊通過數(shù)據(jù)碼光學顯微模塊采集顯微圖像數(shù)據(jù)，并進行處理，綜合分析處理裝置根據(jù)處理結(jié)果獲得樣品電學特性與擊穿特性并顯示。
[0011]優(yōu)選地，所述樣品裝夾座包括用于安裝樣品和測試探針的測試臺底座以及用于安裝數(shù)據(jù)碼光學顯微模塊的測試臺支架。
[0012]優(yōu)選地，所述數(shù)字源表為具有可編程恒流源功能、可編程恒壓源功能、可編程數(shù)字萬用表功能的可編程數(shù)字源表。
[0013]優(yōu)選地，所述測試控制模塊包括線性電勢掃描單元、循環(huán)線性電勢掃描單元、控制電勢計時測試單元、控制電流計時測試單元以及跳躍電導捕捉和擊穿能量測試單元。
[0014]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)碼光學顯微模塊包括聚光照明系統(tǒng)、物鏡、目鏡、調(diào)焦機構(gòu)以及高速高倍數(shù)碼攝像頭。
[0015]優(yōu)選地，所述圖像采集模塊包括圖像捕捉單元、視頻錄制單元和圖像識別與定位單元。
[0016]優(yōu)選地，所述綜合分析處理裝置包括擊穿現(xiàn)象捕捉與定位模塊、擊穿形貌分析模塊和擊穿分類及其數(shù)量統(tǒng)計模塊。
[0017]優(yōu)選地，所述擊穿現(xiàn)象捕捉與定位模塊包括:
[0018]捕捉實時過程的電流脈沖，定位其發(fā)生的時段，進而捕捉與分析該時段顯微結(jié)構(gòu)變化，從而實現(xiàn)擊穿現(xiàn)象的空間定位的單元；或
[0019]通過圖像識別確定擊穿現(xiàn)象發(fā)生的位置與時間段，并采用其時間定位來確定電學性能變化，從而實現(xiàn)擊穿綜合分析的單元。
[0020]優(yōu)選地，所述擊穿分類及其數(shù)量統(tǒng)計模塊包括:
[0021]采用擊穿場強為標準實現(xiàn)擊穿的分類和統(tǒng)計的單元；
[0022]采用擊穿能量與擊穿場強兩個參數(shù)為標準實現(xiàn)擊穿的分類和統(tǒng)計的單元；
[0023]采用擊穿位置、形貌和所覆蓋的面積大小為標準實現(xiàn)擊穿的分類和統(tǒng)計的單元中的一個或多個。
[0024]優(yōu)選地，所述測試控制模塊、圖像采集模塊和綜合分析處理裝置設置于一計算機中。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0026]1、實現(xiàn)薄膜擊穿現(xiàn)象與電學性質(zhì)的實時對應，能夠確定擊穿現(xiàn)象發(fā)生位置，擊穿形貌及擊穿能量等從而確定所發(fā)生的擊穿類型。
[0027]2、能夠得到擊穿現(xiàn)象在薄膜電極表面分布圖譜。
[0028]3、能夠?qū)崿F(xiàn)對不同類型的擊穿現(xiàn)象進行分類和統(tǒng)計，進一步確定導致樣品擊穿的主要原因。
[0029]4、該系統(tǒng)易于操作，耗費時間少，直觀性好，能夠有效分析和評價薄膜材料擊穿機理和導致?lián)舸┈F(xiàn)象發(fā)生的原因。
[0030]5、該系統(tǒng)采用成熟的顯微分析技術(shù)和電學測試技術(shù)，穩(wěn)定可靠且設備系統(tǒng)成本較低，易于學術(shù)領域和工業(yè)測試領域的應用。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為薄膜樣品實時測試界面示意圖；
[0033]圖3為薄膜樣品擊穿過程與分類示意圖；
[0034]圖3中，A-電極邊緣效應誘導擊穿現(xiàn)象、B-薄膜缺陷誘導擊穿現(xiàn)象、C探針接觸點處的大規(guī)模擊穿現(xiàn)象。
[0035]圖4為薄膜伏安曲線與顯微形貌綜合分析示意圖；
[0036]圖5為薄膜的擊穿形貌數(shù)據(jù)后處理示意圖；
[0037]圖5中，A、B、C、D和E分別表不不同擊穿點的擊穿形貌覆蓋面積。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0039]一種薄膜電學特性與擊穿特性實時測試分析系統(tǒng)，包括電學測試裝置、顯微圖像實時采集裝置和綜合分析處理裝置，其中，電學測試裝置用于對樣品進行電學測試；顯微圖像實時采集裝置用于對進行電學測試的樣品的顯微圖像數(shù)據(jù)進行實時采集并處理；綜合分析處理裝置用于根據(jù)處理后的顯微圖像數(shù)據(jù)進行綜合分析并顯示結(jié)果。
[0040]如圖1所示為本發(fā)明測試分析的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。電學測試裝置包括樣品裝夾座6、測試探針5、數(shù)字源表2和測試控制模塊，測試探針5設置在樣品裝夾座6上，測試探針5、數(shù)字源表2和測試控制模塊依次連接，數(shù)字源表2通過電學測試線4與測試探針5連接。顯微圖像實時采集裝置包括相連接的數(shù)據(jù)碼光學顯微模塊7和圖像采集模塊，數(shù)據(jù)碼光學顯微模塊7設置在樣品裝夾座6上。綜合分析處理裝置分別連接測試控制模塊、圖像采集模塊。測試控制模塊、圖像采集模塊和綜合分析處理裝置設置于計算機I中，計算機I通過數(shù)據(jù)傳輸線3分別連接數(shù)字源表2和數(shù)據(jù)碼光學顯微模塊7。
[0041]測試控制模塊控制數(shù)字源表2、測試探針5對樣品裝夾座6上的樣品進行電學測試，圖像采集模塊通過數(shù)據(jù)碼光學顯微模塊7采集顯微圖像數(shù)據(jù)，并進行處理，綜合分析處理裝置根據(jù)處理結(jié)果獲得樣品電學特性與擊穿特性并顯示實時測試過程，如圖2所示。
[0042]電學測試裝置中，樣品裝夾座6包括用于安裝樣品和測試探針5的測試臺底座61以及用于安裝數(shù)據(jù)碼光學顯微模塊7的測試臺支架62 ;數(shù)字源表2為具有可編程恒流源功能、可編程恒壓源功能、可編程數(shù)字萬用表功能的可編程數(shù)字源表；測試控制模塊可進行的測試包括線性電勢掃描、循環(huán)線性電勢掃描、控制電勢計時測試、控制電流計時測試以及跳躍電導捕捉和擊穿能量測試。
[0043]顯微圖像實時采集裝置中，數(shù)據(jù)碼光學顯微模塊7包括聚光照明系統(tǒng)、物鏡、目鏡、調(diào)焦機構(gòu)以及高速高倍數(shù)碼攝像頭；圖像采集模塊包括圖像捕捉單元、視頻錄制單元和圖像識別與定位單元。
[0044]綜合分析處理裝置包括擊穿現(xiàn)象捕捉與定位模塊、擊穿形貌分析模塊和擊穿分類及其數(shù)量統(tǒng)計模塊。