Спосіб виявленя локальних джерел тепловиділення в зразках кристалів інтегральних схем та напівпровідникових приладів

1. Спосіб виявлення локальних джерел тепловиділення в зразках кристалів інтегральних схем та напівпровідникових приладів, за яким на контрольовану поверхню зразка кристала наносять тонку плівку холестеричного рідкого кристала, зразок закріплюється на нагріваному тримачі з терморегулятором і підключається до джерела електричного живлення, а локальні джерела тепловиділення виявляють за оптичними зображеннями в поляризаційному мікроскопі локальних областей рідкого кристала, що перейшли з одного фазового стану в інший, який відрізняється тим, що на контрольованій поверхні зразка кристала формують однорідно прозору гомеотропно зорієнтовану плівку холестеричного рідкого кристала в смектичній фазі, а локальні джерела тепловиділення виявляють за оптичними зображеннями областей рідкого кристала, які перейшли з смектичної в холестеричну фазу. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що на контрольовану поверхню кристала зразка нано C2 2 UA 1 3 77499 4 струмопровідними шинами, пробої в р-n переходах недоліком способу роботи [3] є те, що і ізоляційних шарах тощо. Такого роду дефекти світлорозсіюча незорієнтована нематична фаза визначаються як «гарячі точки». рідкого кристалу не дозволяє спостерігати З літератури відомі способи виявлення лотопологічний рисунок кристалу досліджуваного кальних джерел тепловиділення з допомогою незразка і зробити координатну прив'язку до нього матичних або холестеричних рідких кристалів [1виявлене по ізотропній фазі джерело 4]. тепловиділення. За способом роботи [1] досліджуваний зразок Найбільш близьким до пропонуємого винаходу інтегральної схеми чи напівпровідникового прилає спосіб виявлення локальних джерел ду закріплюється на терморегулюючому тримачі, тепловиділення ("гарячих точок") в кристалах на поверхню кристалу зразка наноситься інтегральних схем, описаний в роботі [4] (протонематичниї рідкий кристал, який з допомогою тертип). Згідно нього на поверхню кристала морегулюючого тримача розплавляється до досліджуваного зразка інтегральної схеми чи ізотропної фази. Залишок нематичного рідкого напівпровідникового приладу з 1% розчину в кристалу в ізотропній фазі здувається інертним пентані для покращення змочування наносять газом. Зразок з допомогою терморегулюючого лицетін, а потім після випаровування пентана на тримача утримується при температурі, близькій до цю ж поверхню наносять каплю розчину холестетемператури фазового переходу нематичний ричного рідкого кристалу в пентані. Після випарорідкий кристал-ізотропна фаза, але меншій від неї. вування пентана на поверхні досліджуваного зразЛокальні джерела тепловиділення ка залишається плівка холестеричного рідкого спостерігаються через поляризаційний мікроскоп кристалу, яка в поляризаційному мікроскопі при схрещених поляризаторах як локальні області виглядає світлозернистою і непрозорою . Зразок з ізотропною фазою, які виглядають чорними на закріплюють в терморегулюючому тримачі і фоні різнокольорової неорієнтованої фази немапідключають до джерела живлення. З допомогою тичного рідкого кристалу. Суттєвий недолік цього терморегулюючого тримача зразок нагрівають до способу полягає в тому, що через різнокольорову температури, близької до температури фазового фазу не зорієнтованого нематичного кристалу і в переходу холестеричний рідкий кристал області ізотропної фази над джерелом ізотропна рідина і в подальшому утримують цю тепловиділення не видно топологічного рисунка температуру. Включають джерело живлення зразкристалу зразка, що затрудняє координатну ка, схрещують поляризатори мікроскопа і прив'язку джерела тепловиділення ("гарячої точспостерігають через нього поверхню кристалу ки") до конкретного елементу чи вузла електричної досліджуємого зразка. Локальні джерела схеми приладу чи інтегральної схеми. тепловиділення проявляються і виглядають як Спосіб, приведений в роботі [2], відрізняється чорні локальні області на світлозернистому фоні. від способу роботи [1] лише тим, що нематичний Локальні чорні області - це області ізотропного рідкий кристал наноситься на поверхню стану холестеричного рідкого кристалу, а досліджуваного зразка з розчину (1:10) в фреоні і світлозернистий фон - це його рідкокристалічний попередня очистка поверхні кристалу зразка стан. Суттєвим недоліком прототипу є те, що чевиконується струменем фреона з балончика. рез світлозернисту структуру плівки холестеричноСпосіб, що представлений в роботі [3], також го рідкого кристалу і плівку лецитіну при схрещебазується на візуалізації ізотропної фази них поляризаторах мікроскопа не видно елементів неорієнтованого нематичного рідкого кристалу над топологічного рисунка поверхні кристалу джерелом тепловиділення в кристалі досліджуваного зразка, що ускладнює координатдосліджуваного зразка інтегральної схеми чи ну прив'зку локального джерела тепловиділення напівпровідникового приладу. Для спостереження до конкретного елемента (вузла) мікросхеми чи локальних областей з ізотропною фазою приладу і ускладнює аналіз причин формування використовується поляризаційний мікроскоп з дефекту, відповідального за формування локальсхрещеними поляризаторами. Відмінність цього ного джерела тепловиділення. Таким чином цей способу від способів, представлених в роботах [1] і недолік є загальним для прототипу і аналогів. [2] в тому, що тут використовується нематичний Загальними рисами для аналогів і прототипу є рідкий кристал з температурою фазового переходу те, що для виявлення локальних джерел рідкий кристал - ізотропна рідина, близькою до тепловиділення використовується візуальний обкімнатної, і що рідкий кристал наноситься на пораз локальної області ізотропної фази рідкого криверхню кристалу зразка з медицинського шприця, сталу: в роботах [1-3] - в нематичному рідкому а потім з допомогою тонкого пензля на поверхні кристалі, в прототипі - в холестеричному рідкому формується тонка плівка рідкого кристалу. Основкристалі, що для спостереження локального джена відмінність способу роботи [3] від способів робіт рела тепловиділення (локальної області ізотропної [1] і [2] полягає в тому, що в способі роботи [3] фази, що сформувалась над джерелом використовується нагрівання нематичного рідкого тепловиділення) використовується поляризаційний кристалу на поверхні кристалу зразка зверху з мікроскоп при схрещених поляризаторах, що в допомогою рівномірно розподіленого по поверхні аналогах і прототипі зразок нагрівають до темпепучка колімірованого світла від 40 Вт лампи розратури, близької до температури фазового пережарення, яка забезпечує майже безінерційне ходу рідкий кристал - ізотропна фаза. нагрівання кристалу до рівня температури, Метою запропонованого винаходу є спосіб виблизької до температури фазового переходу явлення локальних джерел тепловиділення ("гарярідкий кристал - ізотропна рідина. Суттєвим чих точок") в кристалах інтегральних схем та 5 77499 6 напівпровідникових виробів, який забезпечує сталу в непрозору холестерину фазу, а потім від візуальну координатну прив'язку локального джехолестеричної фази в прозору смектичну фазу. рела до конкретного елементу (вузла) Зупиняють охолодження при температурі на 1 - 2 топологічного рисунка кристалу досліджуваного °С нижче від температури переходу смектична зразка. фаза - холестерична фаза. Утримують зразок при Сутність запропонованого способу полягає в цій температурі під час виявлення локальних джетому, що для візуалізації локального джерела рел тепловиділення. Проведення операцій тепловиділення над ним формується напівпрозора нагрівання зразка до створення на поверхні крилокальна область рідкого кристалу в холестеричсталу однорідно прозорої плівки в ізотропній фазі і ному стані на фоні попередньо сформованої на послідуюче охолодження до температури поверхні кристалу прозорої однорідно гомеотропсмектичної фази дає можливість звільнитись від но зорієнтованої по поверхні кристалу зразка локальних орієнтаційних дефектів в плівці рідкого смектичної фази рідкого кристалу. Прозорість вкакристалу в смектичній фазі і отримати однорідно занних областей рідкого кристалу дає можливість гомеотропно зорієнтовану плівку у цій фазі, що і одночасно бачити топологічний рисунок кристалу і забезпечує її однорідну прозорість по поверхні візуальний образ локального джерела кристалу зразка. Після включення зразка в схему тепловиділення, що дозволяє візуально чи з доелектричного живлення локальні джерела помогою пристроїв фіксаціїї візуальних образів тепловиділення виявляються по локальним обласкоординатне визначити, з яким елементом чи вузтям холестеричного стану рідкого кристалу на лом електричної схеми пов'язане локальне джефоні прозорої однорідно гомеотропно рело тепловиділення. зорієнтованої смектичної фази холестеричного В основу винаходу покладено те, що прозора рідкого кристалу. Ці локальні області смектична фаза холестеричного рідкого кристалу спостерігаються у поляризаційному мікроскопі як має свій температурний інтерваліснування, який локальні напівпрозорі області на фоні чіткого зобзнаходиться між фазою холестеричного рідкого раження топологічного рисунка кристалу зразка кристалу і твердою фазою. при не схрещених поляризаторах і як яскраво З метою одержання прозорої однорідно госвітлі області на темному фоні при схрещених помеотропно зорієнтованої плівки холестеричного ляризаторах. Використання прозорої плівки гомеорідкого кристалу в смектичному фазовому стані на тропно зорієнтованої смектичної фази холестеконтрольовану поверхню кристалу зразка наноричного рідкого кристалу, крізь яку добре видно сять прозору мономолекулярну плівку лецитіну, топологічний рисунок на кристалі і на фоні якої яка крім функції покращення змочування поверхні виявляється локальне джерело тепловиділення, кристалу досліджуваного зразка рідким кристалом дає можливість співставляти координати локальвиконує головну, орієнтаційну функцію. Вона ного джерела тепловиділення і елементів чи забезпечує однорідну гомеотропну орієнтацію вузлів топологічного рисунку кристалу і, таким чиплівки рідкого кристалу в смектичному стані, що ном, збутись притаманних аналогам і прототипу робить цю плівку прозорою. Для формування на недоліків. поверхні кристалу прозорої мономолекулярної Запропонований винахід реалізується у наплівки лецитіну спочатку на цю поверхню наносять ступному пристрої і послідовності технологічних 1% спиртовий розчин лецитіну. Після випаровуоперацій підготовки зразків і виявлення локальних вання спирта при кімнатній температурі на поджерел тепловиділення. В пристрій входить триверхню кристалу зразка осаджується непрозорий мач зразка, температура якого регулюється і в шар лецитіну. Для того, щоб на поверхні кристалу якому закріплюється досліджуваний зразок з зразка залишилась прозора мономолекулярна відкритою для спостереження поверхнею кристаплівка лецитіну, проводять прополіскування зразка лу, та поляризаційний мікроскоп для спостереженв толуолі. Після випарування толуолу при ня у відбитому світлі. На поверхню кристалу зразкімнатній температурі на поверхні кристалу зразка ка наносять 1% розчин лецитіну і випаровують залишається рівномірно прозора мономолекулярспирт при кімнатній температурі. Після випаровуна плівка лецитіну. Для зміцнення зв'язку цієї вання спирту зразок прополіскують в толуолі і виплівки з поверхнею кристалу зразка останній паровують толуол при кімнатній температурі, а нагрівають до температури 65 - 70 °С і витримують потім зразок прогрівають на протязі 30-40 хвилин його при цій температурі 30-40 хвилин. Далі, на при температурі +(60-70)° С. На поверхню кристаповерхню кристалу зразка з сформованою на ній лу зразка наносять плівку холестеричного рідкого прозорою мономолекулярною плівкою лецитіну кристалу з 10% розчину в петролейному ефірі. наносять шар 10% розчину холестеричного рідкого Після випаровування ефіру зразок закріплюють в кристалу в петролейному ефірі і випаровують ефір терморегульованому тримачі, розміщують тримач при при кімнатній температурі. Після цього зразок на столі поляризаційного мікроскопа і нагрівають нагрівають до температури на 1 - 3 °С вище від зразок до температури, що на 1-2°С вище від темтемператури фазового переходу холестерична ператури фазового переходу холестерична фаза фаза-ізотропна фаза і витримують його при цій ізотропна фаза і витримують при цій температурі температурі доки по всій поверхні кристалу зразка до досягнення на поверхні кристалу зразка не сформується однорідно прозора плівка рідкого однорідної прозорої фази рідкого кристалу. Потім кристалу в ізотропному стані. Після цього зразок зразок охолоджують до появлення спочатку повільно охолоджують і спостерігають в непрозорої холестеричної фази рідкого кристалу, поляризаційному мікроскопі послідовно перехід від а потім однорідно прозорої гомеотропно початкової прозорої ізотропної фази рідкого кризорієнтованої смектичної фази і утримують темпе 7 77499 8 ратуру зразка на 1-2°С меншою за температуру тепловиділення при цьому проявляються як переходу смектична фаза - холестерична фаза. локальні напівпрозорі області на фоні чіткого зобДалі, включають відповідне електричне живлення раження топологічного рисунка кристалу зразка і спостерігаючи поверхню кристалу через інтегральної схеми, що дає можливість практично поляризаційний мікроскоп виявляють пов'язані з в процесі спостереження ( в реальному масштабі локольними джерелами тепловиділення і утворені часу) точно визначити їх координати і прив'язку до в результаті їх дії локальні області рідкого кристаконкретних елементів схеми. На Фіг.4 наведено лу, які перейшли з прозорої смектичної фази в фото джерел тепловиділення, показаних на Фіг.3, напівпрозору холестеричну фазу. Ці області в але при схрещених поляризаторах. В цьому виполяризаційному мікроскопі виглядають як падку вони проявляються як локальні яскраво локальні напівпрозорі області на фоні чіткого зобсвітлі області на темному фоні. На Фіг.5 показано раження топологічного рисунка кристалу зразка збільшене зображення двох джерел при не схрещених поляризаторах. При схрещених тепловиділення, виявлених шляхом переходу поляризаторах ці області виглядають яскраво смектичної фази рідкого кристалу в холестеричну світлими і є відображеннями локальних джерел (згідно винаходу). тепловиділення. Література: Для порівняння запропонованого способу ви1. Asrodit G., Szabon J., Janossy I., Szekely V. явлення джерел тепловиділення і способу за проHigh resolution thermal mapping of microcircuits usтотипом наводимо приклад. В ньому використовуing nematic liquit crystals. Solid Sate Electronics, валась суміш холестеричних рідких кристалів vol.24, No 12, 1981 p.p 1127-1133. холестерилпеларгонату і холестерилоксату. На 2. Fleuren E.M. a very sensivity Simpi analysic Фіг.1 приведена фазова діаграма цієї суміші. technique usinq nematic liquit crystals Proceedinq of На Фіг.2 наведено фото двох джерел the 21 annual International Reability Physics Simpoтепловиділення, виявлених шляхом переходу sium, Phoenixc, Arizona, april 5-7,1983, p.p 148-149. рідкого кристалу з холестеричної фази в ізотропну 3. Burqess D., Tan R. Improved Sensitivity for hot рідину (згідно способу прототипа). На Фіг.2 також spot detection using liquid crystal видно, що холестерична фаза рідкого кристалу Proceedinqs of the 22 annual International Rea(загальний фон) сильно розсіює світло і крізь нього bility Physics Simposium, Lasvegas, Nevada, april 3не видно топологічного рисунка кристалу 4, 1984, p.p 119-121. інтегральної схеми. На Фіг.3 показані ті ж самі 4. Hiatt J. A method of detecting hot spots on джерела тепловиділення, але виявлені способом semiconductors usinq liquit crystals Proceedinqs of згідно винаходу, тобто по фазовому переходу the 19-th annual International Reability Physics Symсмектичної фази в холестерину і сфотографовані posium, Orlando, Florida, april 7-9,1981, p.p 130-133 в не схрещених поляризаторах. Джерела (прототип). 9 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 77499 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601