ЗОНД ДЛЯ ЗОНДОВОГО КОНТРОЛЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ КРИСТАЛЛОВ НА ПЛАСТИНЕ

Областью применения полезной модели является электроизмерительная техника, а именно устройства для контроля и измерений электропараметров высоковольтных полупроводниковых кристаллов на пластине.
Известен зонд для зондового контроля высоковольтных кристаллов на пластине, состоящий из стрежня для подачи напряжения (см., учебное пособие «Probе Card Tutorial» Otto Weeden Senior Applications Engineer, компании Keithley Instruments, Inc., документ №24370303).
Недостатком данного устройства является возможное возникновение коронного разряда при приложении к зонду больших напряжений, например в карбидокремниевых диодах Шоттки, которые могут иметь рабочее напряжение более 1000 В.
Технологии на основе карбида кремния и нитрида галлия с присущими им меньшими размерами кристаллов создают проблемы для испытаний на пластине при высоком напряжении и высоком токе. Наиболее часто искра возникает между линией скрайбирования, которая, как правило, полностью открыта от диэлектрика, для облегчения разделения пластины на кристаллы и высоковольтным зондом, что повреждает кристалл и снижает количество годных приборов на пластине.
Указанный недостаток устранен в прототипе - зонде для контроля высоковольтных кристаллов на пластине, состоящем из стрежня для подачи напряжения, отдельного штуцера для подачи осушенного газа (см., презентацию «Under Pressure)) - from High Voltage to MEMS Pressure Sensors Wafer Probing, компании T.I.P.S. Messtechnik GmbH.).
В этом устройстве штуцер для подачи осушенного газа помещен в прозрачный стакан с подвижной боковой стенкой. Стакан локально накрывает часть пластины с исследуемым кристаллом, герметично прижимается боковой подвижной стенкой. В стакан подается осушенный сжатый газ или воздух до значения давления в стакане до 7 бар.
При значениях давления выше нормального осушенный газ или воздух сжимается, и, следовательно, уменьшается средняя длина свободного пробега электронов. Поэтому пробой газа или воздуха будет происходить при большей напряженности электрического поля. Следовательно, коронный разряд между зондом и линией скрайбирования, предшествующий пробою газа или воздуха, возникает при значительно больших напряжениях. Повышение напряжения пробоя газа или воздуха дает возможность проводить высоковольтные измерения. Кроме того, газ или воздух должен быть осушенным, так как наличие паров воды резко снижает напряжение пробоя.
Недостатками данного устройства являются:
- сложность конструкции, связанная с тем, что необходимо использовать герметичный стакан с возможностью работы зонда в нем и насосы для создания давления в стакане;
- ненадежность работы устройства, т.к. при проверке электропараметров бракованные кристаллы помечают магнитной краской, которая создает рельеф на поверхности пластины и при зондовом контроле соседних кристаллов может произойти разгерметизация патрона.
Техническим результатом данной полезной модели является упрощение конструкции и повышение надежности работы устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известных зондов для зондового контроля высоковольтных кристаллов на пластине, состоящих из стрежня для подачи напряжения и штуцера для подачи осушенного газа, в предлагаемом зонде для зондового контроля высоковольтных кристаллов, стержень выполнен полым, а штуцер для подачи осушенного газа присоединен к полости стрежня.
Осушенный газ подается непосредственно в зону возникновения возможного пробоя, что повышает напряжение пробоя.
Упрощение конструкции устройства для зондового контроля высоковольтных кристаллов происходит за счет отсутствия дополнительных элементов - стакана, подвижной стенки.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурой 1, на которой приведена схема применения зонда для зондового контроля высоковольтных кристаллов на пластине.
Позициями на фиг. 1 обозначены:
1 - пластина с кристаллами;
2 - столик для фиксации пластины;
3 - полый стержень;
4 - баллон с осушенным газом;
5 - редуктор;
6 - ротаметр;
7 - характериограф;
8 - облако осушенного газа;
9 - штуцер для подачи газа;
10 - кабель для подключения зонда к характериографу.
В предлагаемом зонде стержень выполнен полым 3 (в качестве которого можно применить иглу от медицинского шприца), а штуцер для подачи осушенного газа 9 присоединен к полости стержня. Полый стержень подключен кабелем 10 к характериографу 7.
6
Зондовый контроль высоковольтных кристаллов на пластине происходит следующим образом. Пластина с кристаллами 1 устанавливается на столик для фиксации пластины 2. Далее на кристалл устанавливают зонд для подачи напряжения от характериографа 7, который выполнен в виде полого стержня 3. Штуцер для подачи газа 9 соединен с полостью стержня 3. Осушенный газ, например, гексафторид серы (SF) подается из баллона 4, давление регулируется с помощью редуктора 5, расход осушенного газа контролируется ротаметром 6 и составляет 5 л/ч. Облако газа 8 локализуется непосредственно над пластиной с кристаллами 1. В характериографе 7 имеется не только источник высокого напряжения, но и измеритель тока.
Ниже приведены результаты высоковольтных измерений диодов на рабочее напряжение 1200 В.
Измерения образцов 1-4 проводились в различных средах при нормальном давлении на расстоянии d между зондом и линией скрайбирования.
В образце 1 коронный разряд возник при напряжении меньшем, чем рабочее напряжение диода, что не позволяет проводить достоверные электрические измерения, а также возможно повреждение кристалла.
Таким образом, экспериментально подтверждено, что применение зонда для зондового контроля высоковольтных кристаллов на пластине, выполненного полым, а штуцер для подачи осушенного газа присоединен к полости стрежня, увеличивает напряжение возникновения коронного разряда более чем в 2 раза.
Следует отметить, что наиболее эффективное повышение напряжения возникновения коронного разряда наблюдается при использовании гексафторида серы. Инертные газы (например, Ar, Cr и т.п.) использовать нецелесообразно из-за их легкой ионизации при высоких напряжениях.