[发明专利]基于NV色心的温度传感宽场探头及芯片测温系统

说明书

本发明涉及激光宽场成像传感技术领域，方案公开了一种温度传感宽场探头，所述温度传感宽场探头包括：若干探测单元以及一基板，其中，所述基板为热的不良导体，相邻所述探测单元之间存在隔热间距，所述探测单元为含NV色心的金刚石颗粒；本发明将金刚石颗粒间隔分布设计在低热传导率的基板上形成宽场探头，在进行温度检测时，该结构可有效减弱周围温度的相互干扰，保证了宽场测温的准确性和高灵敏度；本发明中提供的芯片测温系统，是通过一束扩散的触发光直接照射作用于温度传感宽场探头，该结构设计简单易实现，且对于NV色心颗粒的数量限制较小，通过设计大量间隔的NV色心颗粒可实现高灵敏度的检测结果。

技术领域

本发明涉及激光宽场成像传感技术领域，具体涉及到一种基于NV色心的温度传感宽场探头及芯片测温系统。

背景技术

近些年来，电子线路集成度不断提高，并且许多的电路装配在一个芯片内，相应的功耗与电路的规模成比例地增加，在这样的情况下，芯片温度上升，并且最严重情况可以导致芯片烧毁。为了避免这种情况发生，要求检测半导体装置的芯片温度，并控制半导体装置系统，从而保护芯片。并且半导体芯片的局域温度也是很重的指标，局部的温度过高会导致该模块功能的损耗。因此如何实现芯片温度的计算和局域范围内芯片温度梯度的扫描是急需解决的问题。

现阶段，为了得到更高灵敏度和测量精度的传感器，研究者们已经将重心转移到了量子物理的概念和技术上，其中利用电子自旋进行的磁场测量、温度信息检测的研究取得了较大进展。利用金刚石氮空位中心（NV色心）的电子自旋顺磁特性和光学性质，在外加激光和微波的作用下，可以实现超高灵敏度磁场测量。同时，将NV色心金刚石作为温度传感器的敏感元件，在外加激光、微波和给定磁场的多物理场的作用下，通过测量NV色心的光探测磁共振谱(ODMR谱)可以实现温度测量。目前研究的NV色心电子自旋主要有两类：单NV色心电子自旋和系综NV色心。其中，利用高浓度、高均匀度的NV色心金刚石作为敏感元件具有较高的信噪比和更高的灵敏度和测量精度。

公开号为CN110398300A的中国专利公开了一种基于金刚石集群NV色心的温度传感器，包括532nm半导体激光器、小孔、532nm波长四分之一波片、二向色镜、第一平凸透镜、第二平凸透镜、物镜、微波天线、集群NV色心金刚石、532nm滤波片、带通滤波片和雪崩光电二极管。该发明虽然利用金刚石NV色心进行温度检测，然而其只适宜进行点测量，在测量芯片温度时，点测量的方式效率极低，不能及时体现芯片不同位置的温度差异，如果其单纯通过使用大尺寸薄膜金刚石进行宽场探测，由于金刚石极佳的导热性，导致在金刚石接触芯片后极短的时间内，金刚石上相邻位置的温度就会相互影响，这会导致温度测量结果不准确，探测灵敏度低。

另有公开号为CN111504499A的中国专利公开了一种基于NV色心的阵列式表头及温度传感装置，对温度传感装置表头中的内含NV色心金刚石颗粒、激发光路、检测光路和微波馈送等关键部件进行了一体化设计，由光纤束和金刚石颗粒的配合形成阵列式表头，并最终通过阵列式表头与各关键子系统形成具有高空间灵敏度高测量灵敏度的NV色心温度测量装置。该发明虽然实现了NV色心多点测温且互不干扰的功能，但是其使用光纤对每个NV色心单元单独输送激发光，这就导致其结构设计较为复杂，且由于光纤数量和尺寸的限制，导致NV色心单元过于分散且数量有限，最终影响传感的灵敏度。

基于此，本发明设计了一种基于NV色心的温度传感宽场探头及芯片测温系统。

发明内容

在本发明提出了一种基于NV色心的温度传感宽场探头及芯片测温系统，通过将含NV色心的金刚石颗粒间隔分布在低热传导率的基板上形成宽场探头，在进行芯片测量时，有效降低了相邻探测点之间温度相互干扰的问题，保证了芯片温度测量的准确性和高灵敏度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种温度传感宽场探头，所述温度传感宽场探头包括：

若干探测单元，所述探测单元包括：

连接端；

探测端；

一基板，所述基板包括：