目前对集成电路芯片内部特性检测已经出现很多种技术，其中电光探测技术已被证明是一种对集成电路无侵扰的动态检测技术。电光探测技术的一系列优点使得它在集成电路检测以及微电子可靠性研究领域是十分关注的课题。本论文主要针对电光探测技术中高电压灵敏度以及电压定标校准问题展开研究工作，并取得了一定的研究成果。测量电光材料的电光系数对于研究电光探测技术尤为重要。所以在电光探测技术的研究工作中首先的一项工作是改善简单反射系统平台，以便于测量电光材料的电光系数。在实验中通过改进平台的内部结构，实现电磁屏蔽，将简单反射系统的测量频率带宽达到了放大器测量极限（10MHz）。随着集成电路的发展，器件尺寸减小，电源电压下降，信号电压也会下降，这就要求测试仪器的电压灵敏度同时得到提高。本论文针对于电光探测技术中所存在的电压灵敏度问题，在实验中分别用以下四种方法来提高电光探测系统的电压灵敏度，分别为：逆压电效应诱导、高电光系数的无机材料、高电光系数的聚合物材料、液态极性分子的取向效应。逆压电效应诱导：我们在研究低频诊断（0.1-100KHz）中电光材料所产生的调制信号电压随频率变化的特性时发现在10KHz附近有一个共振峰，此处信号要比其他频率信号高出两个数量级。我们正好可以利用这个共振峰，在电光探测中将外加频率调节到电光材料的共振频率，这样利用材料的压电共振峰可以将电压灵敏度提高两个数量级。高电光系数的无机材料：在电光探测技术实验中应用较多的电光系数比较大的无机电光晶体当属LiNbO₃，其电光系数γ13=8.6pm/V、γ33=30.8pm/V。相比较于GaAs晶体，LiNbO₃晶体能够大大提高电光探测系统的电压灵敏度。高电光系数的聚合物材料：将具有较高电光系数的分散红1（DR1/SiO2）杂化薄膜材料应用于电光探头的制作，其电光系数可高达37pm/V，使电光探测的电压灵敏度可以提高到1mV/Hz以上，并且有机材料具有较低的介电常数，减少电光测量时对被测电路信号的干扰。液态极性分子的取向效应：从理论上证明了电路在自由空间的发散场仅仅局限在场源附近几立方微米的空间范围内，为了从根本上解决空气隙的问题，我们采用液态膜作为电光材料，由于液体本身具有流动性，液态膜可以与被测电路表面实现无缝隙接触，这样就有效的避免了空气隙的存在，提高了电光转换效率。利用我们的电光探测系统测量DMF液态膜电光系数为95pm/V，其电压灵敏度比用GaAs材料高两个数量级，大幅度的提高了系统电压灵敏度。除了上述优点外，相比于无机电光晶体材料的晶体生长、抛光和聚合物电光薄膜的高温极化，利用液态膜进行电光探测制作工艺非常简单，而且材料很丰富。本论文针对于电光探测技术中所存在的电压定标校准问题，首次在探头表面引入参考电极。在没有引入参考电极时，由于导线分布不同导致电光材料感应电场变化的不同，从而造成测量所得到的电光信号的不确定性；引入参考电极时，因为电力线力求缩短原则，只要电光晶体的厚度小于导线分布间隔，电力线就被参考电极吸引，终止在参考电极上。相比之下，在没有接地时，测量到的电光信号是接地探头的1/5，所以接地大大提高探头的电压灵敏度。这一方法对于集成电路故障诊断中的电压校准是至关重要的。在研究电压校准的问题上，本论文创新地提出在参考电极上引入与被测信号同频的电压信号作为基准信号，解决了电压定标问题；测量被测点的电光信号时，通过电光信号与被测信号的线性关系，可精确计算出被测信号电场的大小；对不同布线分布的共面波导线电路进行测量，实验测量误差在6%以内，满足集成电路故障诊断的要求。在本论文的最后开封集成电路，并对集成电路内部传输线上的电压信号进行测量。这对于电光探测技术在集成电路测试中的实用化应用前景取得了实质性的进步。