本發明公開了一種功率半導體材料三維電磁顯微裝置及方法，屬于材料測試領域，裝置包括信號發生單元、饋電網絡、雙定向耦合器、第一接收機、第二接收機以及傳輸線耦合金屬探針；信號發生單元產生掃頻微波信號加載至饋電網絡匹配微波鏈路的傳輸阻抗，第一接收機檢測計算由饋電網絡方向傳輸至傳輸線金屬耦合探針的微波信號的功率和相位，微波信號通過雙定向耦合器加載至傳輸線耦合金屬探針，和功率半導體材料耦合，產生反射信號，第二接收機接收并計算此反射信號的功率和相位，得到功率半導體內部對微波信號的沖擊響應，傳輸線耦合金屬探針掃描的每個點都重復上述操作，即完成功率半導體材料三維電磁顯微成像。本發明可對功率半導體內部進行評估。

技術領域

本發明屬于材料測試領域，具體涉及一種功率半導體材料三維電磁顯微裝置及方法。

背景技術

目前微波功率半導體等芯片流片后，在缺陷檢測環節中，一般采用高分辨率鏡檢的方式：一種是在片(On-wafer)的高分辨率光學顯微，但他只能給出表面的光學特性；第二是用電子顯微鏡顯微的方法，優點是分辨率高；還有原子力顯微鏡，顯示表面的形貌特征。目前沒有針對芯片的三維顯微手段。

發明內容

針對現有技術中存在的上述技術問題，本發明提出了一種功率半導體材料三維電磁顯微裝置及方法，設計合理，克服了現有技術的不足，具有良好的效果。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種功率半導體材料三維電磁顯微裝置，包括信號發生單元、饋電網絡、雙定向耦合器、第一接收機、第二接收機以及傳輸線耦合金屬探針；

信號發生單元，被配置為用于產生掃頻微波信號或特定頻率的微波信號，其輸出端連接至饋電網絡的輸入端；

饋電網絡，被配置為用于完成微波傳輸阻抗的匹配轉換，其輸出端連接至雙定向耦合器的輸入端；

雙定向耦合器，被配置為用于將微波鏈路中的微波信號，按照各自的傳播方向，耦合部分微波信號送入第一接收機和第二接收機接收，其輸入端連接至饋電網絡，其輸出端連接至傳輸線耦合金屬探針；

第一接收機，被配置為用于檢測由信號發生單元產生的，至饋電網絡及傳輸線耦合金屬探針的輸入微波信號，并分別計算輸入微波信號的功率和相位，其輸入端連接至雙定向耦合器的輸入耦合端；

第二接收機，被配置為用于檢測由傳輸線耦合金屬探針和被測功率半導體材料產生的反射微波信號，并分別計算信號的功率和相位，其輸入端連接至雙定向耦合器的輸出耦合端；

傳輸線耦合金屬探針為同軸傳輸線，其內導體突出被加工成針尖，針尖被配置為用于形成近似點電荷，形成nm級別的平面空間分辨率，傳輸線耦合金屬探針的輸入端連接至雙定向耦合器，其輸出端連接至被測功率半導體材料；

信號發生單元，產生掃頻微波信號，記微波信號頻率為f，加載至饋電網絡，饋電網絡匹配微波鏈路的傳輸阻抗，第一接收機檢測由饋電網絡方向傳輸至傳輸線耦合金屬探針的微波信號，并計算此微波信號的功率P_0(f)和相位Fai_0(f)，微波信號通過雙定向耦合器加載至傳輸線耦合金屬探針，通過傳輸線耦合金屬探針的針尖和功率半導體材料耦合，產生反射微波信號，反射微波信號通過傳輸線耦合金屬探針，反向進入雙定向耦合器，第二接收機接收由傳輸線耦合金屬探針和被測功率半導體材料產生的反射微波信號，并計算此反射微波信號的功率P_1(f)和相位Fai_1(f)，得到由功率半導體材料耦合引起的微波反射信號和輸入信號的幅度比為P_1(f)/P_0(f)，微波反射信號和輸入信號的相位差為Fai_1(f)-Fai_0(f)，進行矢量組合計算，計算此時的功率半導體的頻率響應F(f)，使用反傅里葉變換或其它頻-時分析方法，分析頻率響應F(f)，可得到功率半導體內部對微波信號的沖擊響應Z(t)，傳輸線耦合金屬探針在平面方向掃描的每個點都重復上述操作，即可完成功率半導體材料三維電磁顯微成像。