[发明专利]高速电路芯片电光采样分析仪

说明书

本发明是一种高速电路芯片内部的动态特性的在片检测仪器。

所说的高速电路主要是指高速集成电路，也包括其它的平面型高速器件和微带电路。

利用微波探针可以对高速电路管芯的动态特性实现在片检测，在此基础上再利用微微秒电光采样技术，可以对III-V族化合物半导体材料为衬底的高速电路管芯内部各点上的动态特性实现在片检测和诊断。这种多功能的测量装置是发展高速电子器件的重要工具。

现有的高速电路电光采样测试装置，有的采用带有脉冲压缩器的Nd：YAG锁模激光器做光源(见IEEE J.Quantum Electron.Vol.24.PP.198，1988)，有的采用增益开关InGaAsP/InP半导体激光器做光源(见Electron.Lett.，Vol.22，PP.1068，1986)。用半导体激光器做超短脉冲光源，简单而且便宜，有利于做成结构紧凑的仪器。用半导体激光器做光源的电光采样测试装置的主要部件如下：半导体激光器产生增益开关超短光脉冲，光脉冲的重复频率为f_o，超短脉冲光束由该激光器发出后，经自聚焦透镜准直后变为平行的采样脉冲光束，再经过光隔离器，偏振分束器、补偿波片、反射镜和聚焦物镜，射入具有线性电光效应的半导体衬底，并被聚焦到高速电路芯片内的信号传输线上。只要半导体激光器的波长大于电路芯片衬底材料的价带与导带间的带隙波长，衬底对于采样光束就是透明的。被传输线的金属膜反射的采样脉冲光束逆入射光路行进。采样脉冲光在芯片内被微带传输线中的信号电场调制，当它反射回来再次经过偏振分束器时，调制产生的偏振分量被反射出来，变为强度调制的光信号，投射到光探测器上。设被测的集成电路的时钟信号频率为f，且f＝f_o+Δf，则采样光脉冲对于被测电压信号波形的扫描频率为Δf。由光探测器输出的电信号是采样脉冲的包络，是被测电压信号的“复制品”。为了确定被测的电压信号是取自集成电路芯片的什么部位，需要用红外摄像显微镜观测采样光斑在集成电路表面上的位置。由于采样光束具有较高的强度，照射到摄像机的靶面上会产生面积相当大的光斑，为准确判定电光采样探测点的位置带来困难。为了改变采样光斑在集成电路芯片表面上的位置，有人提出用转动反射镜的办法，这种改变光路的办法，不仅为测量结果引入附加的位相差，而且不利于采样光路的稳定性，为制造实用化仪器带来困难。已经公开发表的集成电路电光采样测量系统仍是原理性的，属于隔震光学平台上的实验装置。

本发明的目的就在于克服这些困难，提出观测采样光点位置的新方法和调节采样光点在集成电路中的相对位置的新方法。并给出将内照明摄像体视显微镜、微波探针台和半导体激光电光采样光学单元组装成一个结构紧凑的仪器的方法。这种仪器就是本发明的高速电路芯片电光采样分析仪。我们的实验结果证明，它有良好的抗震性能，可以放在木制实验台上进行测试应用，勿需特殊的隔震措施。