一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法技术

本发明专利技术公开了一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法，包括步骤：读取薄膜击穿现象原始图像数据；对所读取的图像数据进行形态学图像处理；对处理后的图像数据进行图像分割运算，将击穿点与图像背景分离；将所述击穿点在原始图像数据中进行标记，得到击穿点分布图；对所述击穿点分布图进行击穿点的数量统计和形态学分析。本发明专利技术实现了电介质或半导体薄膜的击穿现象的实时捕捉和统计分析，解决了传统方法需要相当数量的样品用于测试以确保统计数据的准确性，并且消耗大量人力物力，效率低下的问题，还解决了传统方法由于无法实现特定击穿现象的实时过程研究，使分析和评价薄膜击穿诱因及其形成机理变得极为困难的问题。

A real-time capture and analysis method for thin film breakdown phenomenon

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法
本专利技术涉及材料科学领域中绝缘介质或半导体薄膜性能测试技术，尤其是涉及一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法。
技术介绍
击穿测试是薄膜半导体器件或薄膜电容器研究的重要组成部分。然而强场下薄膜的击穿行为极为复杂，很难一概而论。如何简单有效地评价和分析薄膜在强场下出现的击穿现象，是提高薄膜材料研究效率的重要研究手段。对样品击穿行为的测试与分析是提高其耐电性能和可靠性必要手段。传统方法通过对大量样品进行击穿测试，得到击穿的统计数据，进而分析其击穿特性。这种方法需要相当数量的样品用于测试以确保统计数据的准确性，这将消耗大量人力物力，使研究效率很难得到提高。更重要的是这种方法由于无法实现特定击穿现象的实时过程研究，使分析和评价薄膜击穿诱因及其形成机理变得极为困难。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法，能够确定特定击穿现象所发生的时间和空间位置，进而得到其击穿时间、击穿电压、击穿场强、击穿位置、形貌和所覆盖的面积大小等相关参数。为了实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：提出一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法，包括步骤：读取薄膜击穿现象原始图像数据；对所读取的图像数据进行形态学图像处理，平滑击穿点的轮廓，去除影响计数的颗粒，得到处理后的图像数据；对处理后的图像数据进行图像分割运算，将击穿点与图像背景分离，得到二值化击穿分布图；将所述二值化击穿分布图中击穿点进行标记，得到击穿点分布图；对所述击穿点分布图进行击穿点的数量统计和形态学分析。进一步的，所述原始图像数据包括击穿图像和击穿视频。进一步的，所述击穿图像和击穿视频拍摄方法包括光学显微镜拍摄、电子显微镜拍摄和红外显微摄像头拍摄。进一步的，所述形态学图像处理包括膨胀运算和腐蚀运算。进一步的，所述膨胀运算和腐蚀运算形成组合运算。再进一步的，所述组合运算具体包括开运算和闭运算，其中开运算是先进行腐蚀运算后进行膨胀运算，用于平滑击穿点的轮廓，断开狭窄部位的连接，去掉细小的突出部位，闭运算是先进行膨胀运算后进行腐蚀运算，用于连接狭窄的缺口的连接和去除影响计数的干扰颗粒。进一步的，所述图像分割运算包括边缘检测算法、阀值处理算法及分水岭算法。进一步的，所述击穿点的数量统计和形态学分析包括对不同区域和时段内的击穿点进行数量统计以及结合薄膜击穿的电学特性及其他性质，得到弱点击穿的击穿场强、击穿能量，击穿点数量随时间和场强的分布。进一步的，还包括对读取的原始图像数据进行预处理。再进一步的，所述预处理方法包括底帽变换和帧减运算。本专利技术的有益效果为：本专利技术专利提供了一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法，通过对薄膜击穿现象进行实时捕捉和形态学统计分析，实现了对特定击穿现象的时间和空间定位，从而得到其击穿时间、击穿电压、击穿场强、击穿位置、形貌和所覆盖的面积大小等相关参数，使得人为制造缺陷来深入研究缺陷诱导击穿现象成为了可能，解决了传统方法需要相当数量的样品用于测试以确保统计数据的准确性，并且消耗大量人力物力，效率低下的问题，还解决了传统方法由于无法实现特定击穿现象的实时过程研究，使分析和评价薄膜击穿诱因及其形成机理变得极为困难的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将结合附图对本专利技术的实施例作进一步说明，其中：图1为本专利技术中提出的一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法的流程图；图2为本专利技术中提出的一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法的一个实施例的流程图；图3为本专利技术中提出的一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法的一个实施例的薄膜击穿现象电子显微原图；图4为本专利技术中提出的一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法的一个实施例的形态学图像处理后的二值化击穿点分布图；图5为本专利技术中提出的一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法的一个实施例的薄膜弱点击穿的数量统计结果；图6为本专利技术中提出的一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法的另一个实施例的流程图；图7为本专利技术中提出的一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法的另一个实施例的薄膜弱点击穿视频的击穿点实时捕捉与数量统计结果图；图8为本专利技术中提出的一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法的另一个实施例的薄膜击穿点数量随视频帧数的变化统计图；图9为本专利技术中提出的一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法的另一个实施例的薄膜击穿点面积的数量统计分布图；图10为本专利技术提出的一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法的一个优选实施例的薄膜样品击穿形貌数据处理后示意图。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本专利技术的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分。本专利技术提供了一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法实现了电介质或半导体薄膜的击穿现象的实时捕捉和统计分析，解决了传统方法需要相当数量的样品用于测试以确保统计数据的准确性，并且消耗大量人力物力，效率低下的问题，还解决了传统方法由于无法实现特定击穿现象的实时过程研究，使分析和评价薄膜击穿诱因及其形成机理变得极为困难的问题。为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1所示为一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法的流程图。包括：S100)读取薄膜击穿现象原始图像数据；S200)对步骤S100中所读取的图像数据进行形态学图像处理，平滑击穿点的轮廓，去除影响计数的颗粒，得到处理后的图像数据；S300)对所述处理后的图像数据进行图像分割运算，将击穿点与图像背景分离，得到二值化击穿分布图；S400)对所述二值化击穿分布图中击穿点进行标记，得到击穿点分布图；S500)对所述击穿点分布图进行击穿点的数量统计和形态学分析。在一实施例中，所述形态学图像处理包括膨胀运算和腐蚀运算。所述膨胀运算和腐蚀运算形成组合运算。组合运算具体包括开运算和闭运算，其中开运算是先进行腐蚀运算后进行膨胀运算，用于平滑击穿点的轮廓，断开狭窄部位的连接，去掉细小的突出部位，闭运算是先进行膨胀运算后进行腐蚀运算，用于连接狭窄的缺口的连接和去除影响计数的干扰颗粒。在一实施例中，为实现薄膜击穿现象电子显微图的击穿点数量统计分析，参照图2流程图所示，首先导入薄膜的击穿图像，然后通过底帽变换将击穿的电子显微图(图3)的背景色调节均匀，随后采用形态学图像处理方法的开运算和阀值运算，将击穿点与薄膜底色进行分离，得到二值化击穿分布图(图4)，最后对二值化击穿分布图直接进行统计得到数量统计结果，参照图5所示。可见，本专利技术所述方法能够实现击穿点的捕捉和数量统计分析。在另一实施例中，实现了薄膜的击穿现象的时间空间定位，确定了具体的弱点击穿现象所发生的时间和空间位置，进而得到了其击穿时间、击穿电压、击穿场强、击穿位置、形貌和所覆盖的面积大小等相关参数。为研究薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法，其特征在于，包括如下步骤：S100)读取薄膜击穿现象原始图像或视频数据；S200)对步骤S100中所读取的图像数据进行形态学图像处理，平滑击穿点的轮廓，去除影响计数的颗粒，得到处理后的图像数据；S300)对所述处理后的图像数据进行图像分割运算，将击穿点与图像背景分离，得到二值化击穿分布图；S400)对所述二值化击穿分布图中击穿点进行标记，得到击穿点分布图；S500)对所述击穿点分布图进行击穿点的数量统计和形态学分析。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法，其特征在于，包括如下步骤：S100)读取薄膜击穿现象原始图像或视频数据；S200)对步骤S100中所读取的图像数据进行形态学图像处理，平滑击穿点的轮廓，去除影响计数的颗粒，得到处理后的图像数据；S300)对所述处理后的图像数据进行图像分割运算，将击穿点与图像背景分离，得到二值化击穿分布图；S400)对所述二值化击穿分布图中击穿点进行标记，得到击穿点分布图；S500)对所述击穿点分布图进行击穿点的数量统计和形态学分析。2.根据权利要求1中所述的一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法，其特征在于，所述原始图像数据包括击穿图像和击穿视频。3.根据权利要求2中所述的一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法，其特征在于，所述击穿图像和击穿视频拍摄方法包括光学显微镜拍摄、电子显微镜拍摄和红外显微摄像头拍摄。4.根据权利要求1中所述的一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法，其特征在于，所述形态学图像处理包括膨胀运算和腐蚀运算。5.根据权利要求4中所述的一种薄膜击穿现象的实时捕捉和分析方法，其特征在于，所述膨胀运算和腐蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建文，王修才，于昕梅，樊耘，段志奎，朱珍，谭海曙，何志敏，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44