專利名稱：紅外焦平面列陣探測(cè)器芯片的性能測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及紅外探測(cè)器的一種性能測(cè)試裝置，特別是紅外焦平面列陣探測(cè)器芯片的性能測(cè)試裝置。
在紅外焦平面列陣探測(cè)器的制備過(guò)程中，列陣芯片的性能測(cè)試是必不可少的。由于列陣芯片像元密集度高、數(shù)量多、電極直徑極小(10-30μm)，并且結(jié)構(gòu)疏松，像元信號(hào)從電極上引出不能損壞電極；芯片須制冷90K以下，且芯片表面不能形成霜凍、無(wú)油沾污；所測(cè)的信號(hào)微小，信號(hào)的引出必須達(dá)到相當(dāng)高的信噪比。因此，要獲得正確的列陣芯片的性能數(shù)據(jù)，必須要解決以上技術(shù)難點(diǎn)。
目前已有的技術(shù)中，芯片的致冷采用敞開(kāi)式液氮致冷，為了防止致冷的芯片表面霜凍，芯片周圍局部用氮?dú)獗Ｗo(hù)，這種方法只能在短時(shí)間內(nèi)維持，如像元數(shù)量多、測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、就會(huì)影響測(cè)量準(zhǔn)確性；芯片上諸多像元信號(hào)的引出用探針和像元電極接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)，而探針的每次壓下和抬起是通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘對(duì)探針彈簧片壓力來(lái)控制，這樣容易造成探針和電極接觸不良或壓力太大損壞像元電極，并且工作效率低；由于所測(cè)得的信號(hào)微弱，敞開(kāi)式測(cè)量難以達(dá)到高的信噪比。因此這種簡(jiǎn)陋的測(cè)量裝置難以完成大規(guī)模集成芯片的測(cè)量要求。
本實(shí)用新型的目的為克服上述已有技術(shù)中存在的問(wèn)題，將原來(lái)敞開(kāi)式液氮致冷改為封閉式的液氮致冷，并能起到電磁屏蔽的作用；保證探針和像元的接觸良好而不損壞電極；探針的移動(dòng)用機(jī)械驅(qū)動(dòng)，提高工作效率。
本實(shí)用新型的解決方案是將芯片致冷部分、探針測(cè)量部分放入一個(gè)真空的電磁屏蔽室內(nèi)，這樣可以防止芯片由于致冷而形成表面結(jié)霜和空間沾污，電磁屏蔽可以提高芯片測(cè)量信噪比；探針與像元電極接觸壓力恒定并可調(diào)，探針的抬起與壓下通過(guò)與萬(wàn)向軸相接的操縱桿控制，探針與像元電極接觸狀態(tài)通過(guò)真空室上的觀察窗口，用帶有CCD攝像頭的顯微鏡通過(guò)顯示器觀察。
整個(gè)測(cè)量裝置包括紅外輻射源2，沿著輻射源發(fā)射的紅外輻射光前進(jìn)的方向上依次置有光欄3，調(diào)制盤4，帶有透紅外輻射的ZnS窗口6的真空室42，45°反射鏡7置在真空室內(nèi)，與ZnS窗口6在同一水平線上，與45°反射鏡7相垂直的上方，真空室42的頂面置有觀察窗18，在真空室內(nèi)底部置有芯片平移臺(tái)11，芯片平移臺(tái)上置有帶冷頭10的低溫杜瓦9，冷頭10上置有芯片8，在真空室內(nèi)底部與芯片平移臺(tái)相對(duì)應(yīng)處，置有信號(hào)平移臺(tái)25和固定平臺(tái)26，信號(hào)平移臺(tái)上置有信號(hào)探針架22，固定平臺(tái)26上置有接地探針架23和串音探針架24，芯片8上諸像元信號(hào)輸出由信號(hào)探針架、接地探針架和串音探針架上的探針引出，通過(guò)屏蔽線輸入到真空室外的測(cè)量?jī)x器43。真空室外，觀察窗18上面置有帶CCD攝像頭20的顯微鏡19，攝像頭與顯示器21相連。
所說(shuō)的真空室42為一幾何形狀的帶有蓋板的不銹鋼材料制成，內(nèi)置有一照明燈17，底部置有電源接線柱38、信號(hào)接線柱39、機(jī)械泵抽氣口40、分子篩吸附泵抽氣口41。
所說(shuō)的芯片平移臺(tái)11由步進(jìn)電機(jī)14-1、14-2驅(qū)動(dòng)作X、Y向移動(dòng)，芯片平移臺(tái)繞Z軸水平方向旋轉(zhuǎn)，由真空室外的操縱桿13與真空室內(nèi)的萬(wàn)向軸12相連驅(qū)動(dòng)。
所說(shuō)的低溫杜瓦9頂部有一液氮輸入管15與真空室側(cè)壁液氮輸入口16相連。低溫杜瓦的冷頭10上置有測(cè)溫電阻44通過(guò)導(dǎo)線與真空室外的測(cè)量?jī)x器43相連。
所說(shuō)的信號(hào)平移臺(tái)25由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)27-1、27-2驅(qū)動(dòng)，分別作X、Y向移動(dòng)。
所說(shuō)的串音探針架24的X、Y向移動(dòng)分別由真空室外的操縱桿35、37與真空室內(nèi)的萬(wàn)向軸34、36相連驅(qū)動(dòng)。
所說(shuō)的信號(hào)探針架22、接地探針架23、串音探針架24分別與萬(wàn)向軸28、29、32的一端相連，萬(wàn)向軸28、29、32的另一端分別與真空室外的操縱桿30、31、33相接，分別控制探針架的探針抬起與壓下二種工作狀態(tài)。上述結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖一、附圖二。


圖一為紅外焦平面列陣探測(cè)器芯片性能測(cè)試裝置。
圖二為真空室俯視結(jié)構(gòu)圖。
實(shí)施例參閱圖一，紅外輻射源2發(fā)射的紅外輻射光，經(jīng)過(guò)光欄3、調(diào)制盤4成為調(diào)制光，通過(guò)遮擋門5、真空室42側(cè)壁的ZnS窗口6進(jìn)入真空室42，經(jīng)過(guò)45°反射鏡7反射，垂直照射到置于芯片平移臺(tái)11上低溫杜瓦9的冷頭10上的芯片8上，芯片上諸像元產(chǎn)生光電信號(hào)，由置于信號(hào)平移臺(tái)25上的信號(hào)探針架22的探針22-1和置于固定平臺(tái)26上的接地探針架23的探針23-1引出。兩像元之間的串音由通過(guò)置于固定平臺(tái)26上的串音探針架24上的探針24-1輸入一調(diào)制電信號(hào)，在相鄰像元上由信號(hào)探針架22上的探針22-1和接地探針架上的探針23-1引出相鄰兩個(gè)像元的串音信號(hào)。信號(hào)的引出均由屏蔽線通過(guò)信號(hào)接線柱9輸入到測(cè)量?jī)x器43上進(jìn)行測(cè)量。探針與像元接觸是通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘對(duì)探針彈簧片加壓來(lái)控制，其接觸狀態(tài)由置于真空室42頂部的觀察窗18外帶有CCD攝像頭17的顯微鏡19以及相連的顯示器21觀察。為了便于觀察，顯微鏡視場(chǎng)中心線與芯片垂線有一夾角。
紅外輻射源2到芯片8的光路校正由內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡1進(jìn)行調(diào)整。
本實(shí)施例中的紅外輻射源2為黑體輻射源，輻射溫度300-1000K，連續(xù)可調(diào)，控溫精度達(dá)±0.1°。
本實(shí)施例中的真空室42由一圓形的帶有蓋板的可起電磁屏蔽作用的不銹鋼材料制成。真空室42內(nèi)壁置有照明燈17作顯微鏡19照明用。真空室42底部置有機(jī)械泵抽氣口40、分子篩吸附泵抽氣口41，真空室由機(jī)械泵抽真空，分子篩吸附泵維持真空，真空度達(dá)10-1Pa。
本實(shí)施例中的芯片平移臺(tái)11、信號(hào)平移臺(tái)25分別由步進(jìn)電機(jī)14-1、14-2、27-1、27-2通過(guò)1/25減速驅(qū)動(dòng)平移臺(tái)作X、Y向移動(dòng)，定位精度為2.5μm，最大移動(dòng)量50mm，行程速度1mm/s-0.01mm/s。通過(guò)芯片平移臺(tái)11的移動(dòng)能把芯片送到紅外輻射視場(chǎng)中心，并與接地探針相接觸。為求得列陣芯片像元電極行線與信號(hào)探針移動(dòng)軌跡平行，提高探針定位效率，芯片平移臺(tái)11置有可繞Z軸水平旋轉(zhuǎn)的裝置，該裝置由真空室外的操縱桿13與真空室內(nèi)的萬(wàn)向軸12一端相連，萬(wàn)向軸的另一端與芯片平移臺(tái)相連。通過(guò)操縱桿13調(diào)節(jié)芯片平移臺(tái)繞Z軸水平旋轉(zhuǎn)。
本實(shí)施例中的信號(hào)探針架22、接地探針架23、串音探針架24的探針與像元接觸是通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘對(duì)探針彈簧片加壓來(lái)控制，壓力一旦調(diào)整好每次探針被壓下壓力恒定，無(wú)需逐個(gè)接觸點(diǎn)調(diào)節(jié)，保證每次探針和電極接觸良好，不損壞電極。信號(hào)探針架22、接地探針架23、串音探針架24分別與萬(wàn)向軸28、29、32的一端相連，萬(wàn)向軸的另一端與真空室外側(cè)壁上的操縱桿30、31、33相連，在測(cè)量時(shí)，由操縱桿分別控制各探針架的探針的抬起和壓下二種工作狀態(tài)。
本實(shí)施例中的串音探針架24置有X、Y向移動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由萬(wàn)向軸34、36的一端與真空室外側(cè)壁操縱桿35、37相連，萬(wàn)向軸的另一端與串音探針架相接，通過(guò)操縱桿控制萬(wàn)向軸使串音探針架的探針24-1能移至芯片任一像元上，和像元電極接觸。
本實(shí)施例中的測(cè)量信號(hào)由探針經(jīng)過(guò)屏蔽線、信號(hào)接線柱39分別送到測(cè)量?jī)x器43的V-I特性議、鎖相放大器、LCR測(cè)試議進(jìn)行測(cè)量，獲得像元特性曲線、電流相應(yīng)率、零偏壓電阻等參數(shù)。杜瓦冷頭10的溫度通過(guò)測(cè)溫電阻44從信號(hào)接線柱39引出，送到測(cè)量?jī)x器43的測(cè)溫儀測(cè)量。照明燈17、步進(jìn)電機(jī)14-1、14-2、17-1、17-2所需電源分別通過(guò)電源接線柱38與真空室外部電源相連獲得。
本實(shí)用新型具有如下有益效果1.本測(cè)量裝置置在真空電磁屏蔽室中，保證被測(cè)芯片表面不霜凍、無(wú)油沾污、并有較好的電磁屏蔽效果；2.本測(cè)量裝置的芯片平移臺(tái)和探針平移臺(tái)用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，移動(dòng)定位精度高達(dá)±2.5μm，適合對(duì)列陣芯片像元電極直徑10μm～30μm的測(cè)量；3.本測(cè)量裝置的探針架的探針與像元電極接觸良好，在測(cè)量過(guò)程中，無(wú)需逐個(gè)接觸點(diǎn)調(diào)節(jié)，提高了工作效率。
由于以上有益效果，本實(shí)用新型適合較大規(guī)模列陣芯片的測(cè)試。
權(quán)利要求1.一種紅外焦平面列陣探測(cè)器芯片的性能測(cè)試裝置，包括紅外輻射源(2)，沿著紅外輻射源(2)發(fā)射的紅外輻射光前進(jìn)的方向上，依次置有光欄(3)、調(diào)制盤(4)、45°反射鏡(7)、帶冷頭(10)的低溫杜瓦(9)，冷頭(10)上的置有芯片(8)，芯片(8)上方置有顯微鏡(19)，芯片(8)諸像元信號(hào)的輸出經(jīng)信號(hào)探針架(22)的探針(22-1)、接地探針架(23)的探針(23-1)、串音探針架(24)的探針(24-1)與測(cè)量?jī)x器(43)相連；其特征在于(1).所說(shuō)的45°反射鏡(7)、低溫杜瓦(9)、信號(hào)探針架(22)、接地探針架(23)、串音探針架(24)置于一幾何形狀的帶有蓋板的電磁屏蔽真空室(42)內(nèi)；真空室(42)側(cè)壁置有ZnS窗口(6)與45°反射鏡(7)在同一水平線上；45°反射鏡(7)垂直上方，真空室(42)頂面置有觀察窗(18)；真空室(42)內(nèi)底部置有帶步進(jìn)電機(jī)(14-1)、(14-2)的芯片平移臺(tái)(11)，芯片平移臺(tái)(11)上置有帶冷頭(10)的低溫杜瓦(9)，冷頭(10)上置有芯片(8)；在真空室(42)內(nèi)底部與芯片平移臺(tái)(11)相對(duì)應(yīng)處，置有帶步進(jìn)電機(jī)(27-1)、(27-2)的信號(hào)平移臺(tái)(25)和固定平臺(tái)(26)，信號(hào)平移臺(tái)上置有信號(hào)探針架(22)，固定平臺(tái)(26)上置有接地探針架(23)和串音探針架(24)；真空室(42)內(nèi)側(cè)壁置有照明燈(17)；底部置有電源接線柱(38)、信號(hào)接線柱(39)、機(jī)械泵抽氣口(40)、分子篩吸附泵抽氣口(41)；在觀察窗(18)上置有帶CCD攝像頭(20)的顯微鏡(19)，攝像頭(20)與顯示器(21)相連；(2).所說(shuō)的低溫杜瓦(9)頂部有一液氮輸入管(1 5)與真空室(42)側(cè)壁液氮輸入口(16)相連，低溫杜瓦的冷頭(10)上置有測(cè)溫電阻(44)通過(guò)信號(hào)接線柱(39)與真空室(42)外的測(cè)量?jī)x器(43)相連；(3).所說(shuō)的信號(hào)探針架(22)、接地探針架(23)、串音探針架(24)分別與萬(wàn)向軸(28)、(29)、(32)一端相連，萬(wàn)向軸(28)、(29)、(32)的另一端分別與真空室(42)外側(cè)壁的操縱桿(30)、(31)、(33)相連，使其在測(cè)試時(shí)可分別通過(guò)操縱桿(30)、(31)、(33)控制信號(hào)探針架(22)的探針(22-1)、接地探針架(23)的探針(23-1)、串音探針架(24)的探針(24-1)抬起和壓下兩種工作狀態(tài)；(4).所說(shuō)的串音探針架(24)帶有與萬(wàn)向軸(34)、(36)相連接的置在真空室(42)側(cè)壁的操縱桿(35)、(37)；(5).所說(shuō)的芯片平移臺(tái)(11)帶有與萬(wàn)向軸(12)相連接的置于真空室(42)側(cè)壁的操縱桿(13)；(6).在紅外輻射源(2)之前置有內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡(1)。
2.依照權(quán)利要求1所述的紅外焦平面列陣探測(cè)器芯片的性能測(cè)試裝置，其特征在于所述的液氮輸入管(15)由多個(gè)磷青銅波紋管密封連接。
3.依照權(quán)利要求1所述的紅外焦平面列陣探測(cè)器芯片性能測(cè)試裝置，其特征在于所述的真空室(42)由不銹鋼材料制成。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種紅外焦平面列陣芯片的性能測(cè)試裝置,包括依次置有的輻射源、光欄、調(diào)制盤、帶ZnS窗口的真空電磁屏蔽室。真空室內(nèi)有45°反射鏡、置在芯片平移臺(tái)上的低溫杜瓦冷頭上的芯片、置在信號(hào)平移臺(tái)上的信號(hào)探針架,置在固定平臺(tái)上的接地探針架和串音探針架,平移臺(tái)的定位精度達(dá)±2.5μm,芯片像元上產(chǎn)生的光電信號(hào)由探針通過(guò)屏蔽線輸入到真空室外的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量。本裝置適合大規(guī)模列陣芯片性能的測(cè)試。
文檔編號(hào)G01R31/26GK2395283SQ9924003
公開(kāi)日2000年9月6日 申請(qǐng)日期1999年10月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月26日
發(fā)明者王正官, 陳伯良, 陳世軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所