[发明专利]一种功率半导体材料三维电磁显微装置及方法

摘要

本发明公开了一种功率半导体材料三维电磁显微装置及方法，属于材料测试领域，装置包括信号发生单元、馈电网络、双定向耦合器、第一接收机、第二接收机以及传输线耦合金属探针；信号发生单元产生扫频微波信号加载至馈电网络匹配微波链路的传输阻抗，第一接收机检测计算由馈电网络方向传输至传输线金属耦合探针的微波信号的功率和相位，微波信号通过双定向耦合器加载至传输线耦合金属探针，和功率半导体材料耦合，产生反射信号，第二接收机接收并计算此反射信号的功率和相位，得到功率半导体内部对微波信号的冲击响应，传输线耦合金属探针扫描的每个点都重复上述操作，即完成功率半导体材料三维电磁显微成像。本发明可对功率半导体内部进行评估。

主权项

1.一种功率半导体材料三维电磁显微装置，其特征在于：包括信号发生单元、馈电网络、双定向耦合器、第一接收机、第二接收机以及传输线耦合金属探针；信号发生单元，被配置为用于产生扫频微波信号或特定频率的微波信号，其输出端连接至馈电网络的输入端；馈电网络，被配置为用于完成微波传输阻抗的匹配转换，其输出端连接至双定向耦合器的输入端；双定向耦合器，被配置为用于将微波链路中的微波信号，按照各自的传播方向，耦合部分微波信号送入第一接收机和第二接收机接收，其输入端连接至馈电网络，其输出端连接至传输线耦合金属探针；第一接收机，被配置为用于检测由信号发生单元产生的，至馈电网络及传输线耦合金属探针的输入微波信号，并分别计算输入微波信号的功率和相位，其输入端连接至双定向耦合器的输入耦合端；第二接收机，被配置为用于检测由传输线耦合金属探针和被测功率半导体材料产生的反射微波信号，并分别计算信号的功率和相位，其输入端连接至双定向耦合器的输出耦合端；传输线耦合金属探针为同轴传输线，其内导体突出被加工成针尖，针尖被配置为用于形成近似点电荷，形成nm级别的平面空间分辨率，传输线耦合金属探针的输入端连接至双定向耦合器，其输出端连接至被测功率半导体材料；信号发生单元，产生扫频微波信号，记微波信号频率为f，加载至馈电网络，馈电网络匹配微波链路的传输阻抗，第一接收机检测由馈电网络方向传输至传输线耦合金属探针的微波信号，并计算此微波信号的功率P_0(f)和相位Fai_0(f)，微波信号通过双定向耦合器加载至传输线耦合金属探针，通过传输线耦合金属探针的针尖和功率半导体材料耦合，产生反射微波信号，反射微波信号通过传输线耦合金属探针，反向进入双定向耦合器，第二接收机接收由传输线耦合金属探针和被测功率半导体材料产生的反射微波信号，并计算此反射微波信号的功率P_1(f)和相位Fai_1(f)，得到由功率半导体材料耦合引起的微波反射信号和输入信号的幅度比为P_1(f)/P_0(f)，微波反射信号和输入信号的相位差为Fai_1(f)‑Fai_0(f)，进行矢量组合计算，计算此时的功率半导体的频率响应F(f)，使用反傅里叶变换或其它频‑时分析方法，分析频率响应F(f)，可得到功率半导体内部对微波信号的冲击响应Z(t)，传输线耦合金属探针在平面方向扫描的每个点都重复上述操作，即可完成功率半导体材料三维电磁显微成像。