[發(fā)明專利]一種薄膜擊穿現(xiàn)象的實(shí)時捕捉和分析方法

有效

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• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107677726B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳建文;王修才;于昕梅;樊耘;段志奎;朱珍;譚海曙;何志敏
• 申請（專利權(quán)）人: 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: G01N27/92
• 分類號: G01N27/92
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 梁嘉琦

本發(fā)明公開了一種薄膜擊穿現(xiàn)象的實(shí)時捕捉和分析方法，包括步驟：讀取薄膜擊穿現(xiàn)象原始圖像數(shù)據(jù)；對所讀取的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行形態(tài)學(xué)圖像處理；對處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像分割運(yùn)算，將擊穿點(diǎn)與圖像背景分離；將所述擊穿點(diǎn)在原始圖像數(shù)據(jù)中進(jìn)行標(biāo)記，得到擊穿點(diǎn)分布圖；對所述擊穿點(diǎn)分布圖進(jìn)行擊穿點(diǎn)的數(shù)量統(tǒng)計(jì)和形態(tài)學(xué)分析。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電介質(zhì)或半導(dǎo)體薄膜的擊穿現(xiàn)象的實(shí)時捕捉和統(tǒng)計(jì)分析，解決了傳統(tǒng)方法需要相當(dāng)數(shù)量的樣品用于測試以確保統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并且消耗大量人力物力，效率低下的問題，還解決了傳統(tǒng)方法由于無法實(shí)現(xiàn)特定擊穿現(xiàn)象的實(shí)時過程研究，使分析和評價薄膜擊穿誘因及其形成機(jī)理變得極為困難的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料科學(xué)領(lǐng)域中絕緣介質(zhì)或半導(dǎo)體薄膜性能測試技術(shù)，尤其是涉及一種薄膜擊穿現(xiàn)象的實(shí)時捕捉和分析方法。

背景技術(shù)

擊穿測試是薄膜半導(dǎo)體器件或薄膜電容器研究的重要組成部分。然而強(qiáng)場下薄膜的擊穿行為極為復(fù)雜，很難一概而論。如何簡單有效地評價和分析薄膜在強(qiáng)場下出現(xiàn)的擊穿現(xiàn)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。傳統(tǒng)方法通過對大量樣品進(jìn)行擊穿測試，得到擊穿的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析其擊穿特性。這種方法需要相當(dāng)數(shù)量的樣品用于測試以確保統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，這將消耗大量人力物力，使研究效率很難得到提高。更重要的是這種方法由于無法實(shí)現(xiàn)特定擊穿現(xiàn)象的實(shí)時過程研究，使分析和評價薄膜擊穿誘因及其形成機(jī)理變得極為困難。

發(fā)明內(nèi)容

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薄膜擊穿現(xiàn)象的實(shí)時捕捉和分析方法，能夠確定特定擊穿現(xiàn)象所發(fā)生的時間和空間位置，進(jìn)而得到其擊穿時間、擊穿電壓、擊穿場強(qiáng)、擊穿位置、形貌和所覆蓋的面積大小等相關(guān)參數(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：

提出一種薄膜擊穿現(xiàn)象的實(shí)時捕捉和分析方法，包括步驟：讀取薄膜擊穿現(xiàn)象原始圖像數(shù)據(jù)；對所讀取的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行形態(tài)學(xué)圖像處理，平滑擊穿點(diǎn)的輪廓，去除影響計(jì)數(shù)的顆粒，得到處理后的圖像數(shù)據(jù)；對處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像分割運(yùn)算，將擊穿點(diǎn)與圖像背景分離，得到二值化擊穿分布圖；將所述二值化擊穿分布圖中擊穿點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，得到擊穿點(diǎn)分布圖；對所述擊穿點(diǎn)分布圖進(jìn)行擊穿點(diǎn)的數(shù)量統(tǒng)計(jì)和形態(tài)學(xué)分析。

進(jìn)一步的，所述原始圖像數(shù)據(jù)包括擊穿圖像和擊穿視頻。

進(jìn)一步的，所述擊穿圖像和擊穿視頻拍攝方法包括光學(xué)顯微鏡拍攝、電子顯微鏡拍攝和紅外顯微攝像頭拍攝。

進(jìn)一步的，所述形態(tài)學(xué)圖像處理包括膨脹運(yùn)算和腐蝕運(yùn)算。

進(jìn)一步的，所述膨脹運(yùn)算和腐蝕運(yùn)算形成組合運(yùn)算。

再進(jìn)一步的，所述組合運(yùn)算具體包括開運(yùn)算和閉運(yùn)算，其中開運(yùn)算是先進(jìn)行腐蝕運(yùn)算后進(jìn)行膨脹運(yùn)算，用于平滑擊穿點(diǎn)的輪廓，斷開狹窄部位的連接，去掉細(xì)小的突出部位，閉運(yùn)算是先進(jìn)行膨脹運(yùn)算后進(jìn)行腐蝕運(yùn)算，用于連接狹窄的缺口的連接和去除影響計(jì)數(shù)的干擾顆粒。

進(jìn)一步的，所述圖像分割運(yùn)算包括邊緣檢測算法、閥值處理算法及分水嶺算法。

進(jìn)一步的，所述擊穿點(diǎn)的數(shù)量統(tǒng)計(jì)和形態(tài)學(xué)分析包括對不同區(qū)域和時段內(nèi)的擊穿點(diǎn)進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)以及結(jié)合薄膜擊穿的電學(xué)特性及其他性質(zhì)，得到弱點(diǎn)擊穿的擊穿場強(qiáng)、擊穿能量，擊穿點(diǎn)數(shù)量隨時間和場強(qiáng)的分布。

進(jìn)一步的，還包括對讀取的原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

再進(jìn)一步的，所述預(yù)處理方法包括底帽變換和幀減運(yùn)算。

本發(fā)明的有益效果為：