当前位置:首页>>行业资讯>>技术应用>> 光声技术在电子器件中的应用

光声技术在电子器件中的应用

时间:2017-09-28  来源:本网  作者:admin  浏览次数:413

  早在19世纪末,A.G.Bell就观察到光声效应,即用强度调制的光束入射闭合的介质空间时会产生声波的效应。但由于当时的。考虑入射光仅在样品表面处开始被吸收且开始背衬|样品衰减,在这个空间求解热扩散方程,得出在调制频率为w的周期性光入射时被激发的光声信号表达式:Pg其中:/0为入射光的光强,T0为环境温度,US样品对入射光的吸收系数,Z为样品在无辐射她豫过程中波长为X的光能转变为热能的效率,P0为腔内气体的环境压力,V为热容比,b=kbe/k.e,g=kg%/ke,r=U/es(下标bsg分别代表背衬、样品和气体)。

  利用上式可估算凝聚态样品的光声信号的幅值及相位。在腔体尺寸远小于声波波长时,光声信号的强弱正比于所吸收的光功率,反比于腔体体积,且与样品和媒质的热学、光学性质和调制频率有关,这样,利用上式就可直接测定媒质的热学光学性质。

  整个检测系统通常由3部分组成:幅射光源、光声池和信号处理及显示系统。激发源有白炽灯、激光、电子束、离子束、分子束、质子流中子流、介子流、x射线等。

  2光声技术在电子器件中的应用21测量金属涂层半导体功能薄膜金刚石薄膜等薄膜材料的热扩散率随着空间技术、光电子技术、微波声学技术的发展,以及对耐磨高温热材料的需要,人们对材料(特别是薄膜材料)的热性能研究越感到重要和迫切。利用光声相位法是目前研究薄膜材料热扩散率的一种较为可行的方法。

  英国的Adams和Kirkbght应用了功率为20w的卤钨灯作为激发源,研究了直径为20nm厚度为17(m铜片的热扩散率,其结果令人满意,该实验首次向人们展示了用光声相位法的背照射法研究薄层材料性能的诱人前景,但在用背射法测热扩散率中,克服余振效应对提高数据的准确性起着很重要的作用。之后有人改用横向照射法、正面入射法等。采用正面入射法研究多层薄膜材料的热扩散率,在半导体异质结器件热学性质的研究中有巨大的运用前景。但这些方法均是利用光声光热技术中的“蜃景效应”来测量材料的性能,其数据处理较为复杂。现有人用光声相位拟合技术测量纳米氧化铝的热扩散率,效果显著。目前,利用激光压电技术来测量热扩散率因其实验简单紧凑、检测频响宽的特点而逐渐受欢迎。

  交流光热法是测量薄膜材料热扩散率a的又一种十分有效的方法,能用来测量的样品,其跨及4个数量级,对聚合物膜、金属箔电子基板材料和人造金刚石膜等多种材料样品的测试表明,其结果令人满意,此方法中如何消除系统误差是关键。

  22测定集成电路的表面缺陷光声信号经过被检测材料时,带有材料自身的特性信息,对这种光声信息接收并检测,就会获得材料的性质。若把这种材料的标准谱输入计算机,与被检测到的未知谱进行比较,就可以识别未知缺陷,这样可以定性或半定性的对不同缺陷进行标识。对微米级的缺陷,研究最多的是激光超声检测,己成为国际学术界的一个研究热点,但其理论和实验都有待于进一步深入,现常用的材料有:铝合金、钢、单晶硅多晶硅、玻璃、压电陶瓷等。而电子-声显微镜在这方面取得了非常有意义的结果,用电子-声显微镜对硅集成电路亚表面缺陷进行检测,图像直观、清晰。

  2.3研究电子器件材料的微观电性质2.3.1研究表面电性质研究微电子元器件、超大规模集成电路、微电子机械系统及纳米材料的微观电特性是非常重要的,如:表面流动电荷运动是影响半导体元件和IC系统性能不稳定的主要因素。在光声光谱测试过程中,由于光声信号的位相随调制频率的变化而变化,改变调制频率,即可进行物质纵深方向的状态分析。用高频入射光入射时,根据样品的光吸收可得到样品表面信息,因此可用来测定电子器件材料的表面电性质。其中,较为成熟的技术是表面光伏技术(SPS),被越来越多地应用于研究半导体材料的表面物性和相间电荷转移过程。而红外光声谱用于表面电性质研究也具有优异的功能F.McClland等用PAS法分析Ge晶的表面状态及由于激光照射导致的缺陷、热性能变化等,其结果对如何控制半导体退火过程有重要意义。此外,还可用PAS法研究不同气体环境下半导体表面的紫外光致衰老。

  2.3.2测量电导率、电子迁移率和载流子浓度SC由于其优异的电特性而一直被认为是一种潜在的高温大功率抗辐射的电子材料,但值得注意的是,虽然最近几年SC的材料制备及生长低缺陷氧化物的工艺技术发展很快,但其反型层电子迁移率的测量结果却一直并不令人满意。用PAS法测量电子迁移率,有望提高其测量精度,带给SiC新的研究机制,从而更好地应用。用PAS法还可测量重掺杂多晶硅的电导率、电子迁移率和载流子浓度。

  2.3.3测量半导体中掺杂浓度的三居分布及禁带宽度离子注入是半导体材料掺杂的一种常用技术,通常掺杂区域与其基体的导热性能有很大的差异。在半导体材料方面,电声显微镜被用来做离子注入成像、掺杂成像,能够很方便地测出杂质在基体中的横向分布,故其是一种很有用的非破坏性的离子注入分布范围的常规分析手段,其优点是能检测受损层结构的变化速度。

  院机电系讲师,研究方向为激光与电子。

  23.4测定晶体的位错分布用电子-声显微镜还可清晰地显示晶体位错分布。晶体薄层电阻大小与位错密度有关,且位错网络对半导体机制的形成起着重要作用,所以显示位错密度分布,且是非破坏性方法,是十分有价值的。

  24测半导体薄层或金属涂层的厚度在光声光谱测试中,用低频入射光束作为调制频率时,可获得样品较深处信息,进而可测定样品厚度。现常用PAS干涉技术测量生长沉积于基体材料上物质厚度,如测量不透明且发射性能差的Si基质上Si2层的厚度。另,江涛等人用光声法中的激光感应弹性波来测定厚度约为Q 0mm的铝板和铜板的厚度,理论和实践一致,且厚度越薄,精度越高。同济大学则从事激光超声检测薄膜材料的厚度,并把数字信号处理方法引入光声效应的研究中。25研究纳米材料1993年同济大学的钱梦禄等将激光超声技术应用到对纳米材料的分析上,得出了声速与制备纳米材料时的压力、温度关系;1994年南京大学的郑以兵等人用光声光谱法分析了纳米薄膜的特性,得出纳米材料具有很高的无序性。此后用激光超声法研究纳米材料特性的报道很多,(如X.Rzhang等人用激光超声技术研究纳米金属Zn和Ag的声速和声衰减),但目前的研究仍局限在有限的几种物质上,因此,研究不同纳米材料的声学性质,并揭示其与纳米材料微观结构之间的关系是今后一段时间内光声技术应用与纳米材料研究中的主要任务。

  王培吉等用激光压电光声技术对纳米二氧化钛的热扩散率进行了测量,结果表明该方法是一种十分有效的检测手段。由于它是根据测得的压电光声信号直接对频率进行非线性拟合,因此提高了实验结果的准确度,同时由于它在实验过程中只需一个激光器,因而调节十分方便,所以激光压电光声技术在检测新型纳米材料中是一种十分有效的手段。26制作微硅梁谐振传感器20世纪80年代,科学家把微电子器件生产中的蚀刻技术用来制造微机械元件,微硅梁为最早出现的微机械元件之一。当调制激光入射到微硅梁表面时,在入射点处同时产生光压效应和光热效应,调制光的光热作用在微硅梁入射点处因热穿透而形成周期性热应变,热应变转化为微硅梁横向运动的策动力,从而引起振荡,可作成光激励谐振传感器。这种传感器具有极高的灵敏度和本质上安全防爆的特点。此外,光声技术还将用于研究铁电薄膜,光声探测器还被用于高Tc超导材料的研究等。

  3结束语随着光声技术的完善和发展,人们对其认识会逐渐加深,应用日益广泛。今后,光声(光热)技术在低温下的应用将成为另一个值得研究的课题,因为低温时信噪比高,给信号处理带来很大方便。对电子器件而言,集成电路、半导体功能薄膜及涂层、超导薄膜等的物理性能研究,特别是非破坏性亚表面无损检测将是光声技术中最有发展前景的应用领域。

相关资讯
资讯推荐
热门新闻排行
  1. LED灯珠串并联电路的分析
  2. 微电子学、集成电路
  3. 开启新征程:美信分析成深圳塑胶同业公会新成员,获荣誉授牌!
  4. 埋入电子元件基板的技术动向
  5. 我国新型电子元器件面临的机遇与挑战
  6. 创新不止速普电子按钮又获新发明专利
  7. 速普正视和攻克电子元器件散热的问题
  8. 端子连接器的结构组成部件及各个部件的统称
更多>>视频分享
在线客服系统