基于单光子探测的微波集成电路的缺陷检测

在集成电路设计采用了深亚微米工艺之后，特征尺寸、线宽和线距都进一步缩小，给电路测试带来了一些新的亟待解决的课题，因此迫切需要研制针对这种情况的自动测试设备和测试方法。本项目进行基于单光子探测的微波集成电路的缺陷检测方法研究，主要是对由信号完整性问题所引起的缺陷的检测与定位。通过对电路施加特定的输入矢量，使得在缺陷处有信号的变迁，从而导致产生微弱的发光，采用超导单光子探测器对缺陷的这种微弱发光进行探测，实现对电路缺陷的检测与定位。这种方法可以对发生故障的信号线和基本元件等进行较精确地定位，能够准确地指出发生缺陷的位置。本项目研究的主要内容有：1）微波电路中的缺陷在电路输入矢量的作用下发光的物理机制； 2）对电路缺陷进行单光子探测与缺陷定位的快速和准确的方法；3）研制基于单光子探测的电路缺陷检测原型系统。本项目预期在微波电路的缺陷检测的理论和方法上有所突破和创新，为该项技术的实用化奠定基础。

集成电路的测试贯穿集成电路的设计、制造、封装、应用的全过程，它是保证电路的性能与质量的一个关键环节。本项目开展了基于单光子探测的微波集成电路与器件的缺陷检测研究，主要内容有：电路中的缺陷在电路输入矢量的作用下发光的机制、对电路中的缺陷进行单光子探测与缺陷定位的方法、基于单光子探测的电路缺陷检测系统、电路的测试矢量生成方法等。对基于单光子探测的电路缺陷的检测方法，以及检测系统的设计进行了深入研究，建立了基于单光子探测的集成电路的缺陷检测系统，该系统由一台单光子探测器、一台计算机、一个测试平台、位置移动机构、以及一个运动控制器等所组成；用C++语言编制了对所探测的数据进行处理的程序，实现了对探测数据的自动处理与分析。在电路缺陷检测的单光子探测方面，针对MOS电路的缺陷的检测，提出了一种在强磁场作用下的基于单光子探测的测试方法，采用二元判定图为被测的信号线或电路区域生成使该信号线的值发生变迁的测试矢量，使得光子的发射强度得到了增强；提出了一种检测Si半导体器件缺陷的单光子探测方法，通过定义多个逻辑值，并使用基于电路结构的确定性测试矢量生成方法来生成测试矢量；对采用GaN材料的纳电路，提出了一种基于单光子探测与多值判定图的缺陷检测方法。着重研究了二元判定图BDD的构建方法，针对二元判定图的极小化，提出了一种基于自适应的递阶遗传算法的BDD极小化方法以及一种基于混沌算法与进化算法相结合的BDD极小化方法；提出了一种基于BDD的针对集成电路中电源噪声的测试方法。在电路的测试矢量生成与测试方法方面，提出了一种使用随机性与确定性相结合的低功耗测试矢量生成方法；提出了一种基于协同进化算法的低功耗测试矢量生成方法、提出了针对具有低功耗的时延故障的测试的基于混合进化策略的一种测试矢量生成方法；对采用测试矢量的编序来进行低功耗的测试矢量生成，通过将遗传进化操作与模拟退火算法相结合，提出了一种基于遗传退火机制的测试矢量的编序算法；对集成电路中具有多侵略线的串扰故障，提出了使用电路锥的划分、路径选择与信号线值的蕴涵相结合的一种测试矢量生成方法；对半导体晶片的缺陷检测，提出了一种磁光成像技术检测方法；对LED电路芯片的测试，提出了基于区域生长与聚类策略的芯片特征的获取方法，以及一种基于回归神经网络的缺陷检测方法。