[發明專利]一種薄膜電學特性與擊穿特性實時測試分析系統

在審

• 申請號: 201410855728.2
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104678211A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 姚曼文;陳建文;鄒培;肖瑞華;彭勇;姚熹
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R31/12
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

技術領域

本發明涉及材料科學領域中的絕緣介質或半導體薄膜性能測試技術，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。

背景技術

擊穿測試是薄膜半導體器件或薄膜電容器研究的重要組成部分。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的擊穿現象，是提高薄膜材料研究效率的重要研究手段。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。

對于擊穿行為測試研究，常規的辦法是對大量樣品進行擊穿測試，得到統計壽命預測結果。薄膜的擊穿或失效分析是通過統計方法來實現的，使得研究材料的擊穿性能需要相當數量的樣品用于測試。這消耗了大量的時間和物力，研究效率較低。以此同時，由于傳統擊穿測試方法是對一大批樣品的統計分析結果，但是卻不對擊穿過程進行研究，從而很難分析和評價薄膜材料擊穿機理和導致擊穿現象發生的原因，這極不利于薄膜材料與器件的研究和設計。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術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。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種薄膜電學特性與擊穿特性實時測試分析系統，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：

所述電學測試裝置包括樣品裝夾座、測試探針、數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、數字源表和測試控制模塊依次連接；

所述顯微圖像實時采集裝置包括相連接的數據碼光學顯微模塊和圖像采集模塊，所述數據碼光學顯微模塊設置在樣品裝夾座上；

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；

測試控制模塊控制數字源表、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據碼光學顯微模塊采集顯微圖像數據，并進行處理，綜合分析處理裝置根據處理結果獲得樣品電學特性與擊穿特性并顯示。

優選地，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據碼光學顯微模塊的測試臺支架。

優選地，所述數字源表為具有可編程恒流源功能、可編程恒壓源功能、可編程數字萬用表功能的可編程數字源表。

優選地，所述測試控制模塊包括線性電勢掃描單元、循環線性電勢掃描單元、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。

優選地，所述數據碼光學顯微模塊包括聚光照明系統、物鏡、目鏡、調焦機構以及高速高倍數碼攝像頭。

優選地，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。

優選地，所述綜合分析處理裝置包括擊穿現象捕捉與定位模塊、擊穿形貌分析模塊和擊穿分類及其數量統計模塊。

優選地，所述擊穿現象捕捉與定位模塊包括：

捕捉實時過程的電流脈沖，定位其發生的時段，進而捕捉與分析該時段顯微結構變化，從而實現擊穿現象的空間定位的單元；或

通過圖像識別確定擊穿現象發生的位置與時間段，并采用其時間定位來確定電學性能變化，從而實現擊穿綜合分析的單元。

優選地，所述擊穿分類及其數量統計模塊包括：

采用擊穿場強為標準實現擊穿的分類和統計的單元；

采用擊穿能量與擊穿場強兩個參數為標準實現擊穿的分類和統計的單元；

采用擊穿位置、形貌和所覆蓋的面積大小為標準實現擊穿的分類和統計的單元中的一個或多個。

優選地，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。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、實現薄膜擊穿現象與電學性質的實時對應，能夠確定擊穿現象發生位置，擊穿形貌及擊穿能量等從而確定所發生的擊穿類型。

2、能夠得到擊穿現象在薄膜電極表面分布圖譜。

3、能夠實現對不同類型的擊穿現象進行分類和統計，進一步確定導致樣品擊穿的主要原因。

4、該系統易于操作，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擊穿現象發生的原因。

5、該系統采用成熟的顯微分析技術和電學測試技術，穩定可靠且設備系統成本較低，易于學術領域和工業測試領域的應用。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為薄膜樣品實時測試界面示意圖；

圖3為薄膜樣品擊穿過程與分類示意圖；