18、时间分辨光子发射技术在半导体调试与检测中的应用

时间分辨光子发射技术在半导体调试与检测中的应用

1. 时间分辨光子发射技术概述

时间分辨光子计数的动态热电子发射技术，有望满足半导体行业先进器件长期的故障分析和调试需求。不过，测量动态发射面临着诸多挑战，如对越来越小的器件和信号进行成像与检测、降低工作电压以及提高功耗等。但该技术也具有非侵入性以及与绝缘体上硅（SOI）等新材料和工艺兼容的显著优势。

1.1 时间分辨发射测量原理

在CMOS集成电路中，当电流在高电场下流动时，会产生近红外（NIR）光子发射。晶体管在开关过程中短暂进入饱和状态时，热载流子会通过与晶格声子或杂质的相互作用发射光子，因此光子发射与晶体管的开关时间同步。

通过累积检测到的光子并标记其相对于测试循环开始的时间，将时间分辨的光子以直方图形式显示。信号中的噪声主要来自探测器的背景事件（暗计数）和开关晶体管发射光子的统计特性（信号计数），且暗计数和信号计数在电子学上难以区分。

1.2 事件检测与定时

事件检测适用于跟踪信号传播以及查找对时序要求不高的逻辑或其他故障。而事件定时的目标是准确确定开关事件发生的时间，常用于速度路径分析。为简化分析，假设发射是时间的高斯函数，背景噪声是泊松分布。

2. 探测器性能参数

动态发射系统的探测器有三个重要参数：
|参数|描述|
| ---- | ---- |
|总系统量子效率 ( \alpha_{tot}(E) ) |探测器对特定能量 ( E ) 光子的探测概率，是硅衬底吸收 ( \alpha_{Si}(E) )、光学系统传输 ( \alpha_{optics}(E) ) 和探测器量子效率