集成电路电光测试仪相关技术研究

随着电子工业的高速发展，半导体工艺技术日趋成熟，芯片的性能越来越高，其集成度和复杂度也随之不断地增加。这便给与之相辅发展的集成电路测试领域的发展带来了巨大的挑战和机遇。集成电路测试技术作为支撑集成电路发展不可或缺的部分，在芯片设计、生产、应用过程中都起着至关重要的作用。它几乎贯穿应用于芯片从晶圆到成品应用的各个环节。集成电路测试技术的种类按目的可以分为芯片内部测试、芯片封装后测试、成品老化测试及出厂的质量合格率控制测试。其中芯片内部测试技术是在芯片生产中至为关键的一步，它主要应用于验证设计合理性、缩短研发时间、保障芯片性能、减小设计成本等。对应于其他种类的测试技术主要依靠专用的电子仪器和计算机软件实现，芯片内部测试技术主要是依赖光电检测。如光发射采样技术、光电导开关采样等。我们研究的集成电路电光测试技术就是其中一种利用激光来检测集成芯片内部电路的技术。它的原理主要是基于某些材料的特殊物理效应，通过这些材料，将芯片内部互联线上的电信号变换转变为光的变化。利用外部仪器将这种光变化检测出来，即可以推算出互联线上电信号的大小，达到检测的目的。这一测试技术以其无侵扰、高分辨率和高灵敏度得到了科研工作者的广泛关注。目前对于它的研究主要集中在材料选取、空间分布率提高以及整个仪器系统的构建等方面。本文主要着眼于对集成电路电光测试技术系统的实用化研究，针对实验室自行搭建的直流光检测系统，本文主要研究将其获得的光信号转换为电信号，并将这一电信号进行放大、滤波处理。针对实际需要，本文利用虚拟仪器技术搭建了一套可以实习自主测量和数据采集系统。具体的研究内容包括：首先，我们回顾了最近几年电光测试技术用于集成电路测试的发展情况，就其中几个主要的研究要点(材料、分辨率、仪器化)的进展情况做了简单的阐述。介绍了我们采用的直流光测试系统的优势，并对我们搭建的测试系统做了详细的介绍。其次，针对我们的直流光测试系统光学部分取得的光信号，我们利用光电二极管将其转化为电信号。我们先简要介绍了光电二极管的特性及其等效模型，以此为依据搭建了相应的前置放大器和后级电压放大器。介绍了前置放大器的噪声来源及特性，分析了其带宽和稳定性。再次，为适应实际需要，我们不再采用参数固定的滤波器为信号进行滤波。我们采用了程控滤波器，利用其参数可以编程设定的特点，我们提出了两种可以自动跟踪输入信号频率而改变中心频率的智能带通滤波器的设计方案。介绍了它们的设计过程及实验结果。最后，为了测试和分析的方便，我们利用Labview、步进电机、串口、ADC等搭建了一套可以进行二维电场信号测量及数据采集的系统。我们将所有分立的模块组合起来，对自己设计的微型金属线上的信号进行了实际测量，给出了相应的实验数据。我们搭建的整个系统，基本可以完成光-电信号的转变，以及电信号放大、滤波、采集功能，对于集成电路电光测试有一定的指导作用。