具有温度控制的微区电阻率测量装置研究

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科学技术的快速发展促进了集成电路的大规模生产,也导致了芯片尺寸的不断缩小。硅片是集成电路中芯片的衬底材料,在要求硅片直径不断增大的同时,也需要其具备良好的微区特性,因此为了满足集成电路的性能要求,对硅片微区电阻率的测量具有非常重要的意义。半导体电阻率会随着测试环境温度的变化而变化,因此,环境温度对硅片电阻率测试的影响不可忽视。根据调查,现有的电阻率测量装置大多没有考虑到温度对电阻率的影响,因此,有必要设计一套具有温度控制的微区电阻率测量装置。首先,通过分析微区电阻率测量的意义及温度对电阻率的影响并比较国内外电阻率测量装置的研究现状及其优缺点,提出了具有温度控制的微区电阻率测量装置研究的必要性。其次,对比分析了电阻率的测量方法,将基于电阻抗成像(Electrical Impedance Tomography,简称EIT)技术的EIT测量法作为该装置的测量方法并介绍了EIT的工作原理;根据EIT测量法原理和温度控制的要求,提出了具有温度控制的微区电阻率测量装置的初始设计方案,并对其进行了优化。再次,对具有温度控制的微区电阻率测量装置的控制系统进行了设计,该控制系统基于STM32,主要包括STM32最小系统、EIT测试系统、恒温电路、串口通信模块、触摸屏模块和真空泵模块,其中EIT测试系统包括恒流源模块、电压测量模块和多通道模拟开关模块,恒温电路包括温度采集模块和温度控制模块,串口通信模块将EIT测试系统测量的数据传入PC机进行处理,触摸屏模块用于用户设置测量参数和温度的实时显示,真空泵模块将待测样片吸附在电极上,使其在测量过程中保持固定。最后,对具有温度控制的微区电阻率测量装置的控制系统进行了软件系统的开发和算法的设计,主要包括ARM处理程序和EIT图像重建程序的设计,并提出了一种改进的灰度图显示算法,该算法确定了一种电阻率值和灰度值对应关系,可以更直观地展示硅片电阻率的分布情况。分析了不同温度对电阻率的影响,通过对具有温度控制的微区电阻率测量装置的系统性能测试,包括温度控制功能测试、电压稳定性测试和通道一致性测试,验证了测量系统的稳定性和可靠性;将具有温度控制的微区电阻率测量装置与美国Four Dimensions公司的4D-333A电阻率测量仪在同一温度下完成电阻率测量的试验。
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