一种薄膜电学特性与击穿特性实时测试分析系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料科学领域中的绝缘介质或半导体薄膜性能测试技术，尤其是涉及一种薄膜电学特性与击穿特性实时测试分析系统。
【背景技术】
[0002]击穿测试是薄膜半导体器件或薄膜电容器研宄的重要组成部分。然而强场下薄膜的击穿行为极为复杂，很难一概而论。如何简单有效地评价和分析薄膜在强场下出现的击穿现象，是提高薄膜材料研宄效率的重要研宄手段。对样品击穿行为的测试与分析是提高其耐电性能和可靠性必要手段。
[0003]对于击穿行为测试研宄，常规的办法是对大量样品进行击穿测试，得到统计寿命预测结果。薄膜的击穿或失效分析是通过统计方法来实现的，使得研宄材料的击穿性能需要相当数量的样品用于测试。这消耗了大量的时间和物力，研宄效率较低。以此同时，由于传统击穿测试方法是对一大批样品的统计分析结果，但是却不对击穿过程进行研宄，从而很难分析和评价薄膜材料击穿机理和导致击穿现象发生的原因，这极不利于薄膜材料与器件的研宄和设计。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种易于操作，耗费时间少，直观性好的薄膜电学特性与击穿特性实时测试分析系统。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006]一种薄膜电学特性与击穿特性实时测试分析系统，包括电学测试装置、显微图像实时采集装置和综合分析处理装置，其中:
[0007]所述电学测试装置包括样品装夹座、测试探针、数字源表和测试控制模块，所述测试探针设置在样品装夹座上，所述测试探针、数字源表和测试控制模块依次连接；
[0008]所述显微图像实时采集装置包括相连接的数据码光学显微模块和图像采集模块，所述数据码光学显微模块设置在样品装夹座上；
[0009]所述综合分析处理装置分别连接测试控制模块、图像采集模块；
[0010]测试控制模块控制数字源表、测试探针对样品装夹座上的样品进行电学测试，图像采集模块通过数据码光学显微模块采集显微图像数据，并进行处理，综合分析处理装置根据处理结果获得样品电学特性与击穿特性并显示。
[0011]优选地，所述样品装夹座包括用于安装样品和测试探针的测试台底座以及用于安装数据码光学显微模块的测试台支架。
[0012]优选地，所述数字源表为具有可编程恒流源功能、可编程恒压源功能、可编程数字万用表功能的可编程数字源表。
[0013]优选地，所述测试控制模块包括线性电势扫描单元、循环线性电势扫描单元、控制电势计时测试单元、控制电流计时测试单元以及跳跃电导捕捉和击穿能量测试单元。
[0014]优选地，所述数据码光学显微模块包括聚光照明系统、物镜、目镜、调焦机构以及高速高倍数码摄像头。
[0015]优选地，所述图像采集模块包括图像捕捉单元、视频录制单元和图像识别与定位单元。
[0016]优选地，所述综合分析处理装置包括击穿现象捕捉与定位模块、击穿形貌分析模块和击穿分类及其数量统计模块。
[0017]优选地，所述击穿现象捕捉与定位模块包括:
[0018]捕捉实时过程的电流脉冲，定位其发生的时段，进而捕捉与分析该时段显微结构变化，从而实现击穿现象的空间定位的单元；或
[0019]通过图像识别确定击穿现象发生的位置与时间段，并采用其时间定位来确定电学性能变化，从而实现击穿综合分析的单元。
[0020]优选地，所述击穿分类及其数量统计模块包括:
[0021]采用击穿场强为标准实现击穿的分类和统计的单元；
[0022]采用击穿能量与击穿场强两个参数为标准实现击穿的分类和统计的单元；
[0023]采用击穿位置、形貌和所覆盖的面积大小为标准实现击穿的分类和统计的单元中的一个或多个。
[0024]优选地，所述测试控制模块、图像采集模块和综合分析处理装置设置于一计算机中。
[0025]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0026]1、实现薄膜击穿现象与电学性质的实时对应，能够确定击穿现象发生位置，击穿形貌及击穿能量等从而确定所发生的击穿类型。
[0027]2、能够得到击穿现象在薄膜电极表面分布图谱。
[0028]3、能够实现对不同类型的击穿现象进行分类和统计，进一步确定导致样品击穿的主要原因。
[0029]4、该系统易于操作，耗费时间少，直观性好，能够有效分析和评价薄膜材料击穿机理和导致击穿现象发生的原因。
[0030]5、该系统采用成熟的显微分析技术和电学测试技术，稳定可靠且设备系统成本较低，易于学术领域和工业测试领域的应用。
【附图说明】
[0031]图1为本发明的结构示意图；
[0032]图2为薄膜样品实时测试界面示意图；
[0033]图3为薄膜样品击穿过程与分类示意图；
[0034]图3中，A-电极边缘效应诱导击穿现象、B-薄膜缺陷诱导击穿现象、C探针接触点处的大规模击穿现象。
[0035]图4为薄膜伏安曲线与显微形貌综合分析示意图；
[0036]图5为薄膜的击穿形貌数据后处理示意图；
[0037]图5中，A、B、C、D和E分别表不不同击穿点的击穿形貌覆盖面积。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0039]一种薄膜电学特性与击穿特性实时测试分析系统，包括电学测试装置、显微图像实时采集装置和综合分析处理装置，其中，电学测试装置用于对样品进行电学测试；显微图像实时采集装置用于对进行电学测试的样品的显微图像数据进行实时采集并处理；综合分析处理装置用于根据处理后的显微图像数据进行综合分析并显示结果。
[0040]如图1所示为本发明测试分析的硬件结构示意图。电学测试装置包括样品装夹座6、测试探针5、数字源表2和测试控制模块，测试探针5设置在样品装夹座6上，测试探针5、数字源表2和测试控制模块依次连接，数字源表2通过电学测试线4与测试探针5连接。显微图像实时采集装置包括相连接的数据码光学显微模块7和图像采集模块，数据码光学显微模块7设置在样品装夹座6上。综合分析处理装置分别连接测试控制模块、图像采集模块。测试控制模块、图像采集模块和综合分析处理装置设置于计算机I中，计算机I通过数据传输线3分别连接数字源表2和数据码光学显微模块7。
[0041]测试控制模块控制数字源表2、测试探针5对样品装夹座6上的样品进行电学测试，图像采集模块通过数据码光学显微模块7采集显微图像数据，并进行处理，综合分析处理装置根据处理结果获得样品电学特性与击穿特性并显示实时测试过程，如图2所示。
[0042]电学测试装置中，样品装夹座6包括用于安装样品和测试探针5的测试台底座61以及用于安装数据码光学显微模块7的测试台支架62 ;数字源表2为具有可编程恒流源功能、可编程恒压源功能、可编程数字万用表功能的可编程数字源表；测试控制模块可进行的测试包括线性电势扫描、循环线性电势扫描、控制电势计时测试、控制电流计时测试以及跳跃电导捕捉和击穿能量测试。
[0043]显微图像实时采集装置中，数据码光学显微模块7包括聚光照明系统、物镜、目镜、调焦机构以及高速高倍数码摄像头；图像采集模块包括图像捕捉单元、视频录制单元和图像识别与定位单元。
[0044]综合分析处理装置包括击穿现象捕捉与定位模块、击穿形貌分析模块和击穿分类及其数量统计模块。