Способ и устройство предназначены для исследования тепловых процессов в полупроводниковых (п/п) элементах.
Область применения - разработка новых п/п элементов и устройств на их основе.
Предлагаемый бесконтактный способ основан на измерении величины теплового линейного расширения исследуемого п/п элемента при подаче на него импульсной разогревающей мощности. В большинстве своем п/п элементы состоят из нескольких слоев постоянной толщины, имеющих индивидуальные теплофизические параметры, постоянные в пределах каждого из слоев. При подаче разогревающей мощности, результирующее тепловое расширение п/п элемента будет являться суммой теплового расширения всех его слоев:
DH(t) = SiHiaiDTi(t),
где DH(t) - мгновенное значение теплового расширения п/п прибора; Hi - толщина i-го слоя п/п прибора при начальной температуре; ai - температурный коэффициент линейного расширения i-го слоя; DTi(t) - мгновенное значение изменения температуры i-го слоя.
При условии, что Hi и ai постоянны в пределах каждого из слоев, получаем, что точка поверхности, имеющая наибольшую относительную температуру перегрева, будет характеризоваться наибольшим относительным значением теплового линейного расширения. Таким образом, измерения переходных процессов теплового линейного расширения в различных точках по площади п/п прибора позволяют получить картину пространственного распределения относительной температуры перегрева и динамику изменения данного распределения.
Структурная схема устройства, реализующего данный способ измерения, представлена на рисунке.
Исследуемый элемент устанавливается на опорную плоскость двухкоординатного столика. Над поверхностью п/п элемента располагается чувствительный элемент бесконтактного измерителя микроперемещений, в качестве которого использован волоконно-оптический интерферометр Фабри-Перо низкого контраста, обеспечивающий высокую пространственную разрешающую способность измерения. Узел подключения обеспечивает режим импульсного разогрева исследуемого элемента путем подачи на него напряжения питания. Возникающий при этом переходной процесс теплового линейного расширения с измерителя микроперемещений поступает в цифровой форме в ЭВМ. Двухкоординатный столик обеспечивает взаимное перемещение исследуемого элемента и измерителя микроперемещений для последовательного измерения процессов теплового расширения в различных точках поверхности п/п элемента. Программная обработка полученного таким образом массива данных позволяет получить картины распределения относительной температуры перегрева по площади исследуемого элемента в различные моменты времени после подачи разогревающей мощности.
Техническая характеристика
устройства:
| Диапазон измеряемых перемещений поверхноти исследуемого элемента, нм | ±(20-1000) |
| Приведенная инструментальная погрешность измерения для диапазона измерений ±100 нм, % | не более 5 |
| Минимальное измеряемое перемещение, ограниченное шумами фотоприемной схемы, нм | 0,6 |
| Частотный диапазон измерений, Гц | 0-12 |
| Пространственная разрешающая способность, мкм | 7 |
Применение данного способа и устройства позволяет проводить контроль теплового режима п/п элементов без использования дорогостоящего и сложного в эксплуатации тепловизионного оборудования. Использование волоконной оптики делает возможным проведение измерений в труднодоступных местах исследуемых элементов.
Способ и устройство апробированы в условиях опытной эксплуатации.
432011, Ульяновск, а/я 9868, ул. Гончарова 48/2, УО ИРЭ РАН
тел./факс. (8422) 44-29-96, тел. (8422) 44-02-11
Ульяновск, 432011, ул.Гончарова, 48
Ульяновское
отделение института радиотехники и
электроники РАН
E-mail: ufire@mv.ru
УО ИРЭ РАН | Научные направления
