СТЕНД ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ НА РАДИАЦИОННУЮ СТОЙКОСТЬ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для проведения испытаний полупроводниковых приборов и интегральных схем (ИС), применяемых для изготовления радиационно-стойкой полупроводниковой аппаратуры, например, космических аппаратов, АЭС, военной техники, на стойкость к воздействию ионизирующего излучения.
По своим целям испытания на радиационную стойкость изделий полупроводниковой электроники делятся на аттестационные, предназначенные для установления или подтверждения требований по радиационной стойкости на вновь разрабатываемые или серийно выпускаемые изделия, и определительные, связанные с получением справочных данных по радиационной стойкости изделий, т.е. зависимости основных радиационно-чувствительных параметров изделий от характеристик воздействующих радиационных факторов. Как правило, указанные испытания проводятся на моделирующих установках, представляющих собой источники радиационных воздействий, имеющих единую или близкую физическую природу и характеристики с радиационными факторами, воздействующими в реальных условиях эксплуатации изделий.
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели, выбранным в качестве прототипа, является установка для испытаний на радиационную стойкость, описанная в патенте Российской Федерации №2128349, опубликованном 27.03.1999 г. Указанная установка содержит источник ионизирующего излучения, датчик интенсивности ионизирующего излучения с выходом контрольного сигнала, блок электроизмерительных приборов, плату с контактной панелью для подключения объекта испытания к установке, управляющее вычислительное устройство, при помощи которого перед измерениями производят тестирование всех узлов и блоков установки и предварительную установку уровня интенсивности рентгеновского излучения - дозиметрию, вывод информации о значении мощности поглощенной дозы излучения в датчике и информации с объекта испытания о его реакции на воздействие ионизирующего излучения на дисплей и определение уровня стойкости объекта испытания к ионизирующему излучению.
Описанная установка позволяет проводить испытания на радиационную стойкость только изготовленных (корпусированных) ИС, при этом характеризуясь относительно высоким числом недостоверных измерений, относительно низкой точностью полученных результатов, а также повышенными временными затратами на получение конечных результатов испытаний, т.е. оценки дозовой деградации электрических характеристик объекта испытания, из которых экстрагируются дозовые зависимости электрофизических параметров объекта испытания.
Задачей заявляемой полезной модели является создание стенда для проведения испытаний на радиационную стойкость, конструктивное исполнение которого позволит обеспечить возможность проведения испытаний изготовленных (корпусированных) ИС, раскорпусированных ИС, тестовых структур на подложке в процессе изготовления специализированных радиационно-стойких ИС с возможностью внесения корректировок в параметры технологических процессов, а также уменьшить время на проведение испытаний, уменьшить число недостоверных измерений и повысить точность полученных результатов измерений.
Поставленная задача решается тем, что разработан стенд для проведения испытаний на радиационную стойкость, содержащий узел подключения объекта испытания, имеющего контактные площадки, источник ионизирующего излучения, устройство позиционирования источника ионизирующего излучения относительно объекта испытания, датчик интенсивности ионизирующего излучения, блок измерения электрических параметров объекта испытания и управляющее устройство, электрически соединенное с блоком измерения электрических параметров и устройством позиционирования источника ионизирующего излучения, при этом стенд включает зондовое устройство, выполненное с возможностью обеспечения электрического контакта блока измерения электрических параметров с контактными площадками объекта испытания.
Для контроля качества специализированных радиационно-стойких ИС в процессе их производства (после создания структур на каком-либо кристалле, являющихся тестовыми, но до завершения изготовления специализированных радиационно-стойких ИС целиком и последующей их сборки и корпусирования) требуется поэтапный контроль посредством измерения дозовой деградации электрических характеристик и определения на их основе дозовой деградации электрофизических параметров структур, изготовленных на подложке, под действием ионизирующего излучения. При проведении испытаний на радиационную стойкость необходимо задавать и измерять электрические параметры объектов испытания (тестовых структур на подложке или рабочих структур корпусированных ИС или раскорпусированных ИС), т.е. необходимо реализовать электрическое соединение контактных площадок тестовых структур на подложке или контактных площадок рабочих структур раскорпусированных ИС с источниками электрического питания (тока или напряжения) и блоком измерения электрических параметров. Такое электрическое соединение обеспечивает набор зондов зондового устройства, наличие которого, в свою очередь, делает возможным внесение корректировок в параметры технологических процессов изготовления специализированных радиационно-стойких ИС посредством определения дозовой деградации электрических характеристик и электрофизических параметров, экстрагированных из электрических характеристик, тестовых структур на подложке или рабочих структур раскорпусированных ИС.
В качестве управляющего устройства может быть применен персональный компьютер с установленным программным обеспечением, которое обеспечивает возможность тестирования элементов стенда перед проведением испытания, установку уровня интенсивности ионизирующего излучения, а также вывода и анализа информации, поступившей с датчика интенсивности ионизирующего излучения и блока измерения электрических параметров. Такое управляющее устройство содержит основной монитор, а также по меньшей мере один дополнительный монитор.
Предпочтительно для испытаний изготовленных (корпусированных) ИС в качестве узла подключения объекта испытания использовать плату с контактной панелью, имеющей число контактов не менее числа выводов объекта испытания, к которым во время испытаний подключены выводы объекта испытания с одной стороны и выходы источников электрического питания и входы блока измерения электрических параметров с другой стороны.
В предпочтительном варианте осуществления стенда зондовое устройство выполнено с возможностью обеспечения нагрева объекта испытания в диапазоне температур от 25°C до 300°. Такая возможность может быть обеспечена за счет наличия в конструкции зондового устройства нагревательного стола, содержащего нагревательный элемент и датчик температуры.
В еще одном предпочтительном варианте заявляемый стенд включает оптический микроскоп, снабженный устройством позиционирования микроскопа относительно объекта испытания, и подключенную к нему видеокамеру, выполненную с возможностью вывода изображения на экран дополнительного монитора, подключенного к управляющему устройству. Микроскоп предназначен для визуального наблюдения отдельных областей объекта испытания при совмещении зондов с контактными площадками объекта испытания, а также для наладки установки. Такая конструкция установки позволяет уменьшить время на проведение испытаний, уменьшить число недостоверных измерений и повысить точность полученных результатов измерений.
Предпочтительно заявляемый стенд содержит испытательную камеру, при этом в указанной камере установлены узел подключения объекта испытания, источник ионизирующего излучения, устройство позиционирования источника ионизирующего излучения относительно объекта испытания, датчик интенсивности ионизирующего излучения и оптический микроскоп с устройством позиционирования микроскопа относительно объекта испытания. Стенки камеры выполнены из свинца.
Предпочтительно блок измерения электрических параметров объекта испытания содержит электроизмерительные приборы и источники электрического питания, а также электроизмерительные приборы в сочетании с источниками электрического питания объекта испытания. Такие варианты реализации объясняются следующим. При проведении нетрудоемких испытаний, например, испытаний логических ИС для контроля или измерения какого-либо небольшого количества электрических параметров, например тока потребления, входного напряжения высокого уровня, выходного тока низкого уровня и т.д., можно подавать на тестовые структуры на подложке или рабочие структуры ИС напряжение питания и входное напряжение или задавать входной ток с помощью отдельных источников электрического питания и измерять или контролировать дозовую деградацию электрических параметров тестовых или рабочих структур ИС при помощи электроизмерительных приборов. Сочетание источников электрического питания и электроизмерительных приборов в едином блоке позволяет в реальном времени в ходе проведения испытаний на экране монитора наблюдать изменение значений электрических параметров, изменение электрических характеристик и электрофизических параметров, экстрагированных из электрических характеристик под действием ионизирующего излучения, т.е. отсутствует необходимость сбора большого количества данных, полученных с использованием отдельно установленных источников электрического питания и электроизмерительных приборов, построения зависимостей электрических характеристик. Применение такого решения позволяет экстрагировать параметры (например, автоматически рассчитывать по полученным вольт-амперным характеристикам какие-либо электрофизические параметры с выводом их значений на экран монитора управляющего устройства) и существенно ускорить проведение испытаний.
Предпочтительно в качестве электроизмерительных приборов могут быть использованы приборы для измерения силы тока (амперметры), напряжения (вольтметры), сопротивления (омметры), емкости, осциллографы.
В предпочтительном варианте осуществления установки устройство позиционирования источника ионизирующего излучения относительно объекта испытания выполнено с возможностью ручного позиционирования и/или автоматического позиционирования по алгоритму, исполнение которого задается и контролируется при помощи программного обеспечения, установленного на управляющее устройство. Перемещение могут осуществлять для регулирования мощности излучения над объектом испытания, а также для поочередного позиционирования над объектом испытания устройства ионизирующего излучения и микроскопа.
Также предпочтительно зондовая установка включает устройство позиционирования объекта испытания относительно зондов и, таким образом, относительно источника ионизирующего излучения или микроскопа. Точность такого позиционирования составляет±5 мкм. Указанное устройство автоматически позиционирует объект испытания по координатам в процессе работы стенда: переносит объект испытания в зону контроля электрических параметров, ориентирует объект испытания относительно осей координат, совмещает контактные площадки с зондами, переносит объект испытания в зону его загрузки/выгрузки.
Предпочтительно в испытательной камере установлено устройство охлаждения источника ионизирующего излучения.
Стенд оснащен источниками электрического питания элементов стенда и источником электрического питания объекта испытания.
Источник электрического питания источника ионизирующего излучения снабжен пультом управления.
Стенд может быть снабжен системой сигнализации, предотвращающей включение источника ионизирующего излучения при открытой дверце испытательной камеры.
Заявляемая полезная модель поясняется при помощи графических материалов, приведенных ниже.
На фигуре изображена схема стенда для проведения испытаний на радиационную стойкость.
В испытательной камере 1 установлены узел 2 подключения объекта испытания, источник 3 ионизирующего излучения, снабженный устройством 4 позиционирования источника 3 ионизирующего излучения относительно объекта испытания, датчик 5 интенсивности ионизирующего излучения, зондовое устройство 6, оптический микроскоп 7, снабженный устройством 8 позиционирования относительно объекта испытания, и видеокамера 9, подключенная к оптическому микроскопу 7. Стенд также содержит блок измерения электрических параметров объекта испытания, включающий электроизмерительные приборы 10 и электроизмерительные приборы в сочетании с источниками электрического питания 11 объекта испытания, подключенные к зондовому устройству 6, узлу 2 подключения объекта испытания и управляющему устройству 12, электрически соединенному с устройством 4 позиционирования источника ионизирующего излучения. Стенд дополнительно включает источник 13 бесперебойного электрического питания, к которому подключено управляющее устройство 12, дополнительный монитор 14, подключенный к управляющему устройству 12, источник 15 электрического питания источника 3 ионизирующего излучения, снабженный пультом управления 16, и систему 17 охлаждения источника 3 ионизирующего излучения.
Работа заявляемого стенда осуществляется следующим образом.
Перед началом испытания производят тестирование всех узлов и блоков стенда и предварительную установку уровня интенсивности ионизирующего излучения при помощи управляющего устройства 12 с установленным программным обеспечением. Для контроля параметров ионизирующего излучения посредством пульта управления 16 включают источник 15 электрического питания источника 3 ионизирующего излучения и подают высокое напряжение на источник 3 ионизирующего излучения, который начинает испускать ионизирующее излучение. Датчик 5 интенсивности ионизирующего излучения размещают на оси пучка излучения источника 3, при этом сигнал с датчика 5 подают на вход соответствующего электроизмерительного прибора 10. При совпадении полученного значения мощности поглощенной дозы с заданным значением объект испытания располагают на месте датчика 5 (на оси пучка излучения), обеспечивают электрическую связь выводов объекта испытания с контактами узла 2 подключения объекта испытания. В случае необходимости оценки радиационной стойкости тестовых структур на подложке или рабочих структур раскорпусированных ИС обеспечивают контакт зондов зондового устройства 6 с контактными площадками указанной ИС и передают сигнал с зондов на блок измерения электрических параметров объекта испытания, с которого информацию передают на управляющее устройство 12, посредством которого производят оценку радиационной стойкости объекта испытания. При необходимости посредством микроскопа 7 и подключенной к нему видеокамеры 9 осуществляют вывод изображения областей объекта испытания при совмещении зондов с контактными площадками на экран дополнительного монитора 14 управляющего устройства 12.
При необходимости корректируют интенсивность излучения посредством управляющего устройства 12 и повторяют калибровку стенда при помощи датчика 5.
Таким образом, заявляемая полезная модель представляет собой стенд для проведения испытаний на радиационную стойкость, конструктивное исполнение которого обеспечивает возможность проведения испытаний изготовленных (корпусированных) ИС, раскорпусированных ИС, тестовых структур на подложке в процессе изготовления специализированных радиационно-стойких ИС с возможностью внесения корректировок в параметры технологических процессов, а также уменьшить время на проведение испытаний, уменьшить число недостоверных измерений и повысить точность полученных результатов измерений.