阅读说明：本技术 基于微波探测技术的半导体亚表面信息测试系统 (Semiconductor sub-surface information test system based on microwave detection technology ) 是由 唐军 温焕飞 刘俊 马宗敏 郭浩 李中豪 于 2021-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于微波探测技术的半导体亚表面信息测试系统,属于微波探测技术领域,为亚表面信息的无损检测提供了一种新的方法。本系统主要包含三个模块：样品检测模块、信号收发模块、控制模块。首先通过信号收发模块产生一设定频率的微波信号,并将该微波信号输入到样品检测模块当中,样品检测模块将该信号通过探针辐射向待测样品,由于微波具有穿透性,因此该微波信号可以穿过样品表面辐射入样品内部进行无损探测,最终的信号将重新回到信号收发模块中进行显示及分析,从而得出进一步的结论。本发明采用了微波探测手段实现了无损探测,并通过样品检测模块的分级步进实现了更大范围的探测。(The invention discloses a semiconductor sub-surface information testing system based on a microwave detection technology, belongs to the technical field of microwave detection, and provides a new method for nondestructive testing of sub-surface information. The system mainly comprises three modules: the device comprises a sample detection module, a signal transceiving module and a control module. Firstly, a microwave signal with a set frequency is generated through the signal transceiver module, the microwave signal is input into the sample detection module, the sample detection module radiates the signal to a sample to be detected through the probe, the microwave signal can penetrate through the surface of the sample to radiate into the sample for nondestructive detection due to the penetrability of the microwave, and finally the signal returns to the signal transceiver module again for displaying and analyzing, so that a further conclusion is obtained. The invention realizes nondestructive detection by adopting a microwave detection means, and realizes detection in a wider range by stepping the sample detection module in a grading way.)

基于微波探测技术的半导体亚表面信息测试系统

技术领域

本发明涉及微波测试

技术领域

，具体为一种基于微波探测技术的半导体亚表面信息测试系统。

背景技术

近年来，随着科学技术的进步，尤其是5G技术的发展，各类信息产业得到了长足的发展，而半导体作为信息产业的“心脏”，成为了信息行业前进路上的重中之重。在此环境下，人们对于半导体材料测试方法的需求更加迫切。以往测试方法存在的主要问题为：在某些情况下，在进行探测时会对样品表面产生一定程度的损伤，从而产生一定的成本浪费；由于对半导体器件的测量范围通常为微米甚至纳米量级，对较大范围的测量捉襟见肘。这些问题对测试方法提出了更高的要求。

微波是指频率处在300MHz—300GHz之间，相应波长范围在1m—1mm的电磁波，微波的主要特点是它的似光性、穿透性和非电离性。似光性指它与频率较低的无线电波相比，更能像光线一样传播和集中；穿透性指它与红外线相比，照射介质时更易深入物质内部；非电离性指它的量子能量还不够大，与物质相互作用时虽能改变其运动状态，但还不足以改变物质分子的内部结构或分子间的键。目前微波广泛地应用于各个领域，如微波通信、雷达导航、微波加热、微波测量、微波遥感等。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中提及的测试方法存在样品损伤和测量范围小的问题，提供了一种基于微波探测技术的半导体亚表面信息测试系统，能够进行大范围、高精度的无损探测。

为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：基于微波探测技术的半导体亚表面信息测试系统，包括：

信号收发模块，用于提供设定频率的探测信号并获取最终的回波信号，并按照相关逻辑对回波信号进行分析处理；

样品检测模块，与所述信号收发模块相连接以获取探测信号，并将该信号辐射入样品中，同时通过样品检测台的移动对样品的各个区域进行探测，并将回波信号返还到信号收发模块中；

控制模块，与所述信号收发模块与样品检测模块均保持连接。对于信号收发模块，控制其发出的微波信号频率，并将最终其分析处理得到的信号以图像的形势在控制模块上显现出来；对于样品检测模块，控制其样品检测台的移动，实现不同范围的测量。

具体地，所述信号收发模块包括了两种功能，即微波信号源与信号频谱分析仪。

具体地，所述样品检测模块为三维电操控位移平台，该模块包括样品检测台及微波探针，其中微波探针内部具有微波传输线路，与信号收发模块相连接，将微波信号通过探针辐射入样品进行探测；样品检测台与所述控制模块相连接，可实现分级步进。所述信号收发模块产生的微波信号通过微波探针内部的微波线路进行传输，使得微波信号的传输损耗减少；所述样品检测模块通过分级移动在保持探测精度的基础上实现了更大范围的探测。

具体地，样品检测台包括压电陶瓷管、保护外壳、平台、微距螺杆、步进电机、电压控制器；其中，保护外壳与平台之间固定，且保护外壳与平台通过一通孔连通；压电陶瓷管位于保护外壳内，压电陶瓷管的管体上设置有竖向凹槽，保护外壳内壁上设置有和凹槽配合的凸条，微距螺杆与压电陶瓷管之间通过螺纹嵌套连接，微距螺杆下端通过旋转轴与步进电机连接，步进电机固定于保护外壳内部，电压控制器位于平台内，电压控制器和压电陶瓷管连接，平台放置于x方向位移层上，x方向位移电机通过一支架与y方向位移层连接固定，x方向位移螺杆与x方向位移电机通过旋转轴贯穿连接，且x方向位移螺杆通过一通孔贯穿x方向位移层，x方向位移层与y方向位移层通过位于y方向位移层上的滑道槽连接，x方向位移层下方有与滑道槽匹配的滑条，y方向位移电机固定于平台保护壳壁内，且通过旋转轴与y方向位移螺杆连接，y方向位移螺杆通过一通孔贯穿y方向位移层，x方向位移层与y方向位移层位于位移层保护壳内，y方向位移层悬在位移层保护壳内，控制模块和步进电机、电压控制器、x方向位移电机、y方向位移电机连接。

具体检测时，将检测样品放置于样品检测台压电陶瓷管上，控制模块控制样品检测模块进行分级步进，首先通过控制模块通过控制位移电机带动位移螺杆进行x方向与y方向上大幅度的大步步进；在检测范围大致确定后，通过步进电机，控制微距螺杆旋转带动压电陶瓷管垂直向上实现垂直步进，使得样品接近微波探针；在检测到信号后，开始进行扫描，扫描过程中控制模块通过控制电压控制器施加在压电陶瓷管上的电压从而实现小步步进；检测过程中通过信号收发模块输出一设定的微波信号，并通过同轴电缆将其加载于探针上，通过探针将微波信号辐射入检测样品中，探测信号通过探针返回到同轴电缆并最终回到信号收发模块，经处理后，将相关图像显现在控制模块上。所述样品检测模块的分级步进由平台的大步步进、步进电机的垂直步进与压电陶瓷管的小步步进共同实现。

具体地，位移层保护壳下方有与其一体连接的隔震平台。

上述的基于微波探测技术的半导体亚表面信息测试系统，压电陶瓷管上的凹槽在管体上左右对称设置，保护外壳内壁上的凸条也左右对称设置。

本发明在半导体亚表面信息探测方面，相较于以往的方法，其优越性体现在：通过微波探测的手段对半导体亚表面信息进行探测，对样品表面不会产生损伤，实现了无损探测；通过样品检测台的分级步进，在保证高精度的前提下，实现了较大范围的测量。

附图说明

图1为本发明的系统示意框图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明系统中的样品检测台剖面示意图。

图4为位移平台的侧视剖面图

图5为压电陶瓷管的示意图。

图6为保护外壳的俯视图。

图中：1、信号收发模块；2、控制模块；3、探针；4、检测样品；5、压电陶瓷管；6、保护外壳；7、平台；8、微距螺杆；9、步进电机；10、隔震平台；11、电压控制器；12、x方向位移螺杆；13、x方向位移电机；14、x方向位移层；15、y方向位移层；16、y方向位移电机；17、y方向位移螺杆；18、位移层保护壳。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的方法进行进一步的详尽说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于微波探测技术的半导体亚表面信息测试系统，包括信号收发模块1，样品检测模块，控制模块2。结合图2所示，所述信号收发模块1为一信号处理装置，用于产生微波信号并对探测得到的信号进行处理；所述控制模块2为一计算机，通过该计算机可以控制输出的微波信号并将得到的探测信号显现出来，通过该计算机可以控制样品检测模块实现分级步进。

所述样品检测模块，包括探针3和样品检测台；所述样品检测台结构示意图如图3所示，包括压电陶瓷管5、保护外壳6、平台7、微距螺杆8、步进电机9、隔震平台10、电压控制器11、x方向位移螺杆12、x方向位移电机13、x方向位移层14、y方向位移层15、y方向位移电机16、y方向位移螺杆17、位移层保护壳18。

具体检测时，将检测样品4放置于样品检测台压电陶瓷管5上，控制模块2控制样品检测模块进行分级步进，首先通过控制模块2控制位移电机13、16带动位移螺杆12、17进行x方向与y方向上大幅度的大步步进；在检测范围大致确定后，通过步进电机9，控制微距螺杆8旋转带动压电陶瓷管5垂直向上实现垂直步进，使得检测样品4接近微波探针3；在检测到信号后，开始进行扫描，扫描过程中控制模块2通过控制电压控制器11施加在压电陶瓷管5上的电压从而实现小步步进；检测过程中通过信号收发模块1输出一设定的微波信号，并通过同轴电缆将其加载于探针3上，通过探针3将微波信号辐射入检测样品4中，探测信号通过探针3返回到同轴电缆并最终回到信号收发模块1，经处理后，将相关图像显现在控制模块2上。所述样品检测模块的分级步进由大型样品台（平台7）的大步步进、步进电机的垂直步进与小型样品台（压电陶瓷管5）的小步步进共同实现。

样品检测台的分级步进为：通过控制x方向位移电机13、y方向位移电机16带动x方向位移螺杆12、y方向位移螺杆17旋转，从而带动x方向位移层14、y方向位移层15进行横向纵向移动，将待测样品的目标范围区域移动至探针3下方，实现一级步进；控制模块2通过步进电机9控制微距螺杆8转动从而推动压电陶瓷管将样品靠近探针3实现二级步进；通过电压控制器11控制检测过程中压电陶瓷管5上的负载电压，使其进行小幅的摆动，实现三级步进。待该目标区域检测完成后重复上述分级步进，直至所有目标区域检测完毕。

以上所述仅为本发明的具体举例说明，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则之内进行任何修改、替换及改进等，均应视为本专利的保护范围。