2021-10-19 09:21:53 由 yihong 发表
晶圆级探测为研究人员提供了一个可配置的电平台不需要对器件和元件的特性进行经常追求切丁和包装耗费时间，有时甚至是昂贵的努力。低温探测站进一步为研究人员配备了一个系统，以实现类似的晶圆级特性与增加的真空环境和可变温度。为大多数室温探头，真空吸盘通常容纳晶圆片或器件探测操作过程中的样品阶段;然而，对于低温站来说，真空样品空间周围的环境要求不同的取样方法越来越多。除了机械地固定用于探测的样品，安装方法学还必须满足其他潜在测量要求如在低温下的高热导率，以便达到尽可能低的器件温度或背面电门的电导率。在本应用说明中，将讨论和比较表1中总结的几种低温探测安装方法。
首选的安装方法将取决于用户的需求和应用程序。下面详细讨论了湖岸探测站用户使用的最常用的方法。
GE清漆
GE清漆(IMI 7031，原名GE7031)是一种酚类化合物在商业上用于包裹电线和封装设备。正确用50/50的变性酒精和甲苯溶液稀释已长期用于安装传感器和电线的低温应用程序。用于可拆卸晶片和模具的低温安装在应用中，GE清漆提供了最高的耐热性电导(1 cm2的~0.1到1 W/K区)1因此推荐用于设备极低的应用场合温度是至关重要的。固化时间，真空相容性，以及去除过程是晶片安装的主要缺陷具有清漆和限制，适用性广。而清漆往往使用后5 - 10分钟硬化，通常是完全固化的时间在高温下需要12到24小时。不完全时固化后，残留的溶剂会进入探测站泵，造成损坏或可能改变功能被测表面敏感器件的。拆卸一个漆晶圆片通常需要浸泡样品夹和晶圆片然后施加机械应力，直到晶片版本。因为GE的清漆是电绝缘的，所以它不推荐用于背面电压(门控)为需要的。固化清漆的使用温度可达470k。
真空润滑脂夹紧
在没有溶剂或固化时间的情况下，用真空润滑脂进行样品安装是低温探测站最常用和最易使用探测方法之一。具有蒸气压低而高热导率，Apiezon®n -润滑脂是一个常见的选择适用于低温应用。在室温下样品薄片和样品之间很容易沾上油脂持有人;在250至280 K以下，n -润滑脂开始结晶2- - - - - -机械地将晶圆锁定在工作台上。为了最大化真空安装样品时的热性能润滑脂，有两条规则:少即是多，用力即是好。来自辐射负荷的热量，在装置内的散失，和热量从探针转移热负载的样品，必须通过从样品晶圆到卡盘的传导而耗散wafer-metal接触。真空润滑脂填充不平整、微观在样品托板表面有较多的空隙支架与支架之间热交换的传导途径晶片。当油脂层过厚时，金属与晶片接触-导致热传导效率降低穿过润滑脂层。
而晶圆片则通过机械的结晶来稳定n -润滑脂在低温下，单独的润滑脂往往提供较少比令人满意的热性能。图1比较了被测器件与样品相比的温度偏差安装的夹紧和松开装置的阶段温度在湖滨CPX-VF探测站的样品级。测量的细节可在图的标题中找到1和elsewhere3． 接近液氦温度时，该装置会比样品阶段更热，因为热负荷来自探针臂(通常为7到15 K)和辐射屏蔽。
(15至30 K)。在高温下，该站的设备将当探测臂锚定时，温度要比样品级低到4.2 K的磁级，并保持在氦温度附近。这里设备的温度偏移量是由质量决定的设备与样品级的热接触。与夹紧晶圆时，传感器比样品温度小于0.5 K阶段接近氦的温度，低于2 K样品阶段在更温暖的温度。只有n -油脂和如果没有夹钳，设备将比样品温度高出近5 K比氦温度低30 K样品级在200k附近。在这两种情况下，n -润滑脂开始200k以上熔化;一旦熔化，设备温度就会偏移大大减少。图1中的设备温度偏移量为指示CPX-VF探头站，并将随探头而异站的型号，探头臂的配置，样品台的选择，以及操作条件，如低温源流量或电源线频率。
夹紧和未夹紧的样品有两个方面。首先，夹紧减少热接触电阻(TCR)通过固体-固体，圆片夹头界面;TCR刻度与接触力而不是压力1；更大的力，更低的接触阻力和更好的传热。的次要效应在于n -润滑脂层-除非压力是在泵送和热循环过程中，n -润滑脂层将形成空隙，进一步限制热传导．
大多数用户通常会为自己定制夹具的特点，并利用M3抽头孔用于晶片连接的样品支架的边缘。为大多数探头位置，抽头孔与两个臂对齐位置和，取决于设备pad的方向，可以导致夹具和探针臂之间的干涉。聪明的抵消对该装置的探测衬垫从夹钳的内部可以有所帮助避免这种干扰。平头及其他低调紧固件建议与夹钳一起使用，因为这样可以降低风险探针臂干涉与套帽机的比较螺丝。图中显示了一个通用的样品夹的机械图，这种基本设计可以很容易地适应用户的需求越来越多的需求。夹具通常由不锈钢制造或PEEK可加工塑料;3D打印夹子也是一种可能由于增材制造的零部件已经在市场上得到了应用低温applications5．
n -润滑脂应避免应用于样品阶段将超过303 K。超过这个阈值，油脂就会液化可以在样品阶段移动，并可能覆盖晶圆顶部的电触点或有源区域。此外，润滑脂将产生有限的蒸汽压，通常在附近最冷的表面蒸发并凝结辐射屏蔽。
图1所示。比较夹紧和未夹紧探针样品晶片。这里测试的设备是校准的CERNOX温度用336型温度输入通道测量传感器控制器。(a)将设备固定在接地的样品夹上相邻的M3抽头孔和(b)设备接地样品夹头没有夹紧。每种情况下，都有一层薄的n -润滑脂应用于设备晶圆下。(c)测量的温度偏差夹紧传感器与样品级温度比较。(d)测量与样品级相比，未夹紧传感器的温度偏移量温度。
图2。湖滨探测站中用于晶片安装的一般样夹的力学模型。可以修改夹具的臂以适应样品的着陆盘和晶圆结构。
导电安装方法
对于需要后门或接地的应用，样品需要安装到样品架使用导电介质如银漆、银浆等碳糊。这些化合物通常由微米或亚微米级的银或碳粒子与粘合剂和分散在液体溶剂中。对于附着力和热优化转移、薄粘接层是关键。当时间来临时样品去除后，通常可以用应用程序释放晶圆对晶圆片施加剪切力，然后将残留物从用丙酮等溶剂擦拭样品和样品夹油漆和浆料的水。由于树脂是粘结剂和溶剂用于银漆，应用和清理往往容易得多与需要刮擦或抛光的浆糊相比充分清除残留物。对于浆糊，其成分导电颗粒在水中通常是可移动的，经过浸泡后会再沉积在晶圆片的其他可能更关键的区域。
对于较大的晶圆样品，应避免涂银漆大约是50平方毫米．可能是不同的热力作用的结果样品、油漆和样品支架之间的收缩，大面积银漆层出现微裂和分层现象曾被观察到。涂层的微断裂破坏了热性能界面电导率在低温下比较银浆和表现在较温暖的设备温度。
除了与晶圆背面的电接触外，导电涂料和浆料可扩大高温范围与n -润滑脂比较时的测量值。许多银涂料可使用高达375k，同时高性能银碳糊的用量可超过500k。需要注意的是在高温下，这些浆糊可以固化等等永久地粘住样品托板。检查油漆并粘贴数据表的安全，低温兼容性和固化信息。
Cyanoacrylate粘合剂
对于面积小的装置，模量小于几平方毫米，有许多前面讨论的安装方法是不切实际的。如果只有顶部接触，可以采用较小的模具安装在样品架或芯片载体上的薄层低温特性用氰基丙烯酸酯胶粘剂。如果可能的话,当胶水还在时，轻压模具软以达到胶层薄。较厚的胶层往往不能承受由热收缩引起的应力，在破裂时，会造成探头站真空室中的模具损失。
结论
晶片安装方法是晶片级低温表征的关键要素。安装材料和方法将影响设备温度、循环时间和温度甚至在表征后对晶圆进行后处理的能力。在里面本应用说明中介绍了几种推荐和常用的方法进行了比较。
