本发明专利技术属于集成电路故障诊断技术领域，具体涉及一种新型的基于流体电光材料的电光探头及应用该电光探头对集成电路表面电场进行探测的方法。电光探头在沿入射光的方向上依次由透明基底、透明导电层、反射层、环状绝缘层、流体电光材料层和待测电路组成。本发明专利技术利用流体态的电光材料作为电信号转化为光信号的媒介，一方面解决了传统的固体探头与被测电路之间不可避免存在空气隙的问题，因此降低了电光转化损耗，提高电场测量的灵敏度；另一方面由于电光材料的可转动的特性，电光分子在电场作用下的取向效应从本质上提高了电场测量的灵敏度，本发明专利技术使最小可测量电压达到10mV量级。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成电路故障诊断
，具体涉及一种新型的基于流体电光材料的电光探头及应用该电光探头对集成电路表面电场进行探测的方法。
技术介绍
随着集成电路制造业的发展，芯片的集成度越来越高，运行速率越来越快，门限电压越来越低，对集成电路测试特别是故障诊断提出了严峻的挑战。集成电路的故障诊断就是要找出引起故障发生的地点或原因，从而为集成电路的设计和制作工艺的改进提供帮助。因此，故障诊断对提高集成电路可靠性有重要意义，也一直是微电子研究工作的重要方面。目前，集成电路故障诊断的方法有直接测量法、建立模型法、故障字典法等。电光探测技术是一种直接对集成电路进行动态实时无侵扰测量的方法。此项技术利用的是材料的电光特性，即在电场的作用下，电光材料的光学特性发生变化，如折射率、吸收谱等变化。 通过测量并记录集成电路的边缘场引起的电光材料光学特性的变化量，从而推导出测量点的电压特性，实现集成电路故障诊断。在国内外报道中，用于集成电路故障诊断的电光探测技术的电光材料都是固态的。通常把固态的电光材料粘附在锥形透明基底或光纤的尾端， 然后把电光探头固定在微定位装置上去逐点扫描探测待测电路的测量点。在实际的使用中，由于采用的是固态介质，有以下几个缺点(1)集成电路表面的传输线或节点的边缘场通常局限在离电路表面几微米之内，这就对电光探头的定位装置提出至少亚微米量级的精度要求，大大增加了电光系统的成本。(2)因为在探头定位装置有限的精度和集成电路自身表面形貌的起伏，电光材料和测量点之间存在不可避免的空气隙。测量点的大部分边缘场被屏蔽在空气隙中，导致了电光转化效率的降低。(3)无法有效地探测电光材料和测量点之间空气隙的大小，使不同测量点的电光转化效率的大小无法确定，从而无法从测量的信号准确地推断出测量点的实际电信号的大小。(4)固体的电光材料本身的电光系数小(通常固体电光材料的折射率变化系数为几pm/V)，导致电光探测系统的电压灵敏度不高，需要一套低噪声和高倍数的电学弱信号测量系统。(5)由于固体电光材料的硬度和抗磨性不高，多次测量或大面积测量对电光材料造成不可恢复的损坏。(6)观察集成电路表面的视野很狭小。因为在固体探头的基底往往是锥形体或是光纤，而且锥形体的尖端或光纤的端面只有几十微米见方，所以探测时对集成电路的观察区域也只有几十微米见方，这对寻找集成电路表面的探测点造成极大不便。为了改进集成电路故障诊断的电光探测技术，我们提出利用新型的基于流体电光材料的探测集成电路内部电场的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于流体电光材料的流体电光探头，以及其该电光探头探测集成电路内部电场的方法。本专利技术的基本原理是集成电路运行时，其传输线或节点相当于带电体发散出电场，该电场称之为边缘场；把流体电光材料置于传输线或节点的边缘场中，通过测量电光材料的光学特性的变化，从而推导出集成电路上该传输线或节点的电压信号的幅值和波形； 把测量点的理论信号与测量信号作对比，即可实现对集成电路故障诊断。根据流体的特性，新型流体电光探头7不以孤立的探头形式存在，而设计成与待测电路8为一个整体。流体电光探头7的结构如图2(a)所示。本专利技术所述的流体电光探头7在沿入射光观的方向上依次由透明基底22、透明导电层23、反射层25、环状绝缘层沈、 流体电光材料层27、待测电路8组成。在透明基底22和透明导电层23的侧壁上，制备有侧壁导电层对，在侧壁导电层M上引出导线；流体电光材料层27填充在环状绝缘层沈内， 并紧密覆盖在待测电路8上。透明基底22的材料为低折射率的透明介质，折射率为1. 4 1. 6，如石英玻璃、K9 玻璃、氟化镁或有机玻璃等，其厚度为Imm 5mm，大小比待测电路8略小或能覆盖待测电路 8所有的测量点；透明导电层23的材料为ITO或AlSiO，厚度为100 300nm ；在透明导电层23的作用下，待测电路8的边缘场21全部被屏蔽在流体电光材料层27内，从而提高了电光转化效率，并可通过侧壁导电层M接入标准参考信号；反射层25的材料为金、银、铝等金属，厚度为20 50nm，用于调节入射光观在反射层25处的透射和反射比，即调节参考光281和探测光观2的光强比，从而提高电光转化效率；侧壁导电层M的材料为金、银、铝等金属，厚度为IOOnm Ιμπι，通过侧壁导电层 24向透明导电层23接入标准参考信号；环状绝缘层沈的材料可以是二氧化硅、有机玻璃或塑料等绝缘介质，环厚1 10 微米，环状绝缘层的所在区域是在待测电路8上没有测量点的区域，通常在反射层25的边缘；环状绝缘层26的厚度可控制流体电光材料层27的厚度，并防止反射层25与待测电路 8接触。流体电光材料层27的厚度近似于环状绝缘层沈的厚度，其材料有以下几类可以是极性溶液如硝基苯、二甲基亚砜、乙酸乙酯、酒精、丙酮或二甲基甲酰胺等有机溶剂；可以是带电棒状微米或纳米微粒的悬浊液或乳浊液，如带氧化物棒状颗粒分散在水中的悬浊液、极性乳胶棒分散在水中的悬浊液、生物粒子分散在水中的悬浊液、纳米或微米水滴分散在油中的乳浊液；可以是液晶，如5CB、7CB、TEB50A、TEB30A等液晶材料。本专利技术所述的流体电光探头7，可按如下方法进行制作a.在透明基底22的表面制备一层厚度为100 300nm透明导电层23，制备的方法是磁控溅射法或金属有机气相沉积法；b.在透明基底22和透明导电层23的侧壁制备侧壁导电层对，侧壁导电层M的制备方法为磁控溅射法或热蒸发法，其厚度为IOOnm 1 μ m，然后在侧壁导电层M上用电焊或金属点焊机引出导线；由于侧壁导电层M与透明导电层23相连，在侧壁导电层M接入电信号会传送到透明导电层23上，从而在电压校准过程中起到引入参考信号的作用；c.在透明导电层23的表面上热蒸发金属制备厚度为20 50nm的反射层25 ；d.在反射层25的表面上制作环状绝缘层沈；环状绝缘层沈主要起到两个作用 一是防止由于重力作用导致导电层23和金属材料制作的反射层25与待测电路8电接触而引起电路的损坏，起到隔离和支撑的作用；二是控制流体电光材料层27的厚度，同时由于流体电光材料自身表面张力的作用，使其能够局限于环状绝缘层内而不会流失掉；环状绝缘层沈的中心位置为待测电路8的待测点区域；e.将流体电光材料层27填充于环状绝缘层沈内，并紧密覆盖在待测电路8的表面上；流体电光材料由于自身表面张力的作用，使其能够局限于环状绝缘层内而不会流失掉，且其厚度为环状绝缘层26的厚度。本专利技术所述的基于流体电光材料的电光探头用于探测电场的方法，其包括如下步骤一、搭建用于探测待测电路内部电场的实验系统；二、电光调制信号的校准；三、实际测量。一、如附图说明图1所示，搭建用于探测待测电路8内部电场的实验系统。实验系统由带准直透镜的半导体激光器1、偏振分束镜2、λ /4波片3、反射镜4、反射镜5、聚焦物镜6、摄像机9、探测器10、锁相放大器11、示波器12组成。带准直透镜的半导体激光器1发出波长为1. 31 μ m且平行的入射光观，入射光28 经过偏振分束镜2和λ /4波片3后，由反射镜4和反射镜5两次反射后进入聚焦物镜6， 调整聚焦物镜6与流体电光探头7的距离，使穿过电光探头7后激光的焦点落在待测电路 8的传输线或节点上，从而被传输本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于流体电光材料的电光探头，其特征在于：在沿入射光（２８）的方向上依次由透明基底（２２）、透明导电层（２３）、反射层（２５）、环状绝缘层（２６）、流体电光材料层（２７）和待测电路（８）组成，同时在透明基底（２２）和透明导电层（２３）的侧壁上制备有侧壁导电层（２４），在侧壁导电层（２４）上引出导线，从而通过侧壁导电层（２４）在透明导电层（２３）上接入标准参考信号；透明导电层（２３）把待测电路（８）的边缘场（２１）屏蔽在流体电光材料层（２７）内；流体电光材料层（２７）填充在环状绝缘层（２６）内，并紧密覆盖在待测电路（８）的表面上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙洪波，金如龙，杨罕，衣茂斌，于颜豪，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82
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