基于嵌入式的晶圆类型测试系统研制

发布时间：2017-07-06 10:29

  本文关键词：基于嵌入式的晶圆类型测试系统研制

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【摘要】：目前,晶圆导电类型测试设备大多为模拟式,可视化程度较低,不便于后续开发,并且功能上局限于对导电类型的区分。针对这一现状研制了一种采用冷热探针法基于32位ARM处理器的晶圆类型测试系统,在测量导电类型的基础之上扩展了不同晶圆温差电流随温差变化规律的测试和在相同条件下区分同种掺杂类型不同掺杂浓度的晶圆两个功能。测试系统硬件主要包括主控模块、温差电流检测模块、热探针温度测控模块、显示模块、电源模块、参考电压模块等几个部分。选用32位ARM处理器STM32F103ZET6作为主控芯片,通过设计相应的外围电路,芯片的内部资源ADC、定时器、PWM等得到了充分利用,有效降低了系统的复杂程度;温差电流检测模块以高精度的仪表放大器INA114为核心器件进行放大电路的设计,经过测试校准后温差电流检测模块的有效检测范围为-130nA至+160nA,并且在-96nA至+117nA之间具有良好的线性;热探针的温度检测部分采用Pt1000热敏电阻作为温度传感器,可测控热探针的内部温度达到了170℃,采用经典的PID算法实现对热探针的温度控制,在设置针尖温度60℃时(内部145℃),可以在五分钟左右达到稳定,稳定后的温度波动在0.5℃以内。软件方面通过模块化方式进行处理,使用C语言进行程序的编写并实现了10.4寸液晶显示屏的控制、触摸屏的输入、内部AD操作、串口通信、温差电流的采集、热探针温度的采集、冷探针温度的采集等功能。在调试好各模块的程序后,通过主程序完成整个测试系统的逻辑功能和对各个子程序的分时调用,整个程序运行稳定。根据系统需求,设计了内热式的热探针并制作了测试仪样机,实现了预期功能,并且运行稳定可靠。测试系统具有实时显示相关曲线、灵活简单的触摸控制、可进行后续开发、数字化等优点,具有较强的实际应用价值。
【关键词】：导电类型 嵌入式 冷热探针法 测试系统 PID算法
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN307
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 半导体材料概述11
• 1.3 国内外研究现状11-13
• 1.3.1 晶圆测试技术研究现状11-12
• 1.3.2 晶圆测试技术主要研究成果12-13
• 1.4 课题研究的目的及意义13
• 1.5 主要研究内容13-15
• 第2章 测试系统工作原理15-21
• 2.1 塞贝克效应15-16
• 2.2 导电类型测量方法16-19
• 2.2.1 冷热探针法16-17
• 2.2.2 单探针点接触整流法和三探针法17-19
• 2.3 温差电动势和温差电流19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 系统硬件设计21-37
• 3.1 嵌入式发展背景21
• 3.2 总体设计21-23
• 3.2.1 硬件模块划分21-22
• 3.2.2 微处理器选型22-23
• 3.3 冷热探笔设计23-24
• 3.4 温差电流采集电路设计24-29
• 3.4.1 电流-电压转换电路设计24-25
• 3.4.2 第一级放大电路设计25-26
• 3.4.3 第二级放大电路和加法电路设计26-27
• 3.4.4 低通滤波电路设计27-29
• 3.5 热探针温度测控电路设计29-31
• 3.5.1 恒流源电路设计29-30
• 3.5.2 放大电路和减法电路设计30
• 3.5.3 加热控制模块电路设计30-31
• 3.6 串口通信电路设计31-32
• 3.7 冷探针温度采集电路设计32
• 3.8 电源电路设计32-34
• 3.9 印刷电路板设计34-36
• 3.10 本章小结36-37
• 第4章 系统软件设计37-43
• 4.1 软件开发环境介绍37-38
• 4.2 主程序设计38-39
• 4.3 各模块程序设计39-42
• 4.3.1 温度控制程序设计39-40
• 4.3.2 模数转换程序设计40-41
• 4.3.3 串口通信程序设计41-42
• 4.4 本章小结42-43
• 第5章 调试及测试结果与分析43-54
• 5.1 温度传感器调试43-45
• 5.1.1 冷探针温度调试43-44
• 5.1.2 热探针温度调试44-45
• 5.2 热探针端点温度与内部温度关系45-47
• 5.3 温差电流检测电路的调试47-49
• 5.4 PID参数整定49
• 5.5 测试系统样机49-51
• 5.6 标准片测试与分析51-53
• 5.6.1 温差电流随温差变化的规律51-52
• 5.6.2 区分同种掺杂类型晶圆52-53
• 5.7 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文59-60
• 致谢60

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本文编号：525853