以自主平衡消除偏移電壓實現 可非接觸偵測微小信號系統

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姓名

林郁珊(Yu-Shan Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學研究所碩士在職專班

論文名稱

以自主平衡消除偏移電壓實現可非接觸偵測微小信號系統
(Self-Balancing Eliminates Offset Voltage to Realize Non-Contact Weak Signal Amplifier)

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摘要(中)

因目前的檢測儀器無法同時量測晶圓內外層的粗糙度，且有其他對工廠效益不佳的缺點，以原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope，簡稱AFM）、掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，簡稱SEM）舉例來說，其共同點就在於量測速度慢較為費時，機台體積大較為耗電，也需要冒著晶圓可能會被刮傷或破壞的風險，而本論文的研究目的主要是提高量測效率及精準度，減少量測的時間，並解決接觸式、破壞式的量測方法，還有支援不同大小尺寸的晶圓或單一局部區域性量測。

本研究是使用二維電子檢測器進行晶圓粗糙度之量測，並利用運算放大器高輸入阻抗的特性，以消除偏移電壓（Offset Voltage），減少輸出上的誤差，本研究的原理是使用信號產生器產生等電位波形，在晶圓表面形成等電位場，當晶圓表面高度有差異，等電位場會產生偏移的狀況，再由X、Y方向各有兩點感測棒所組成的五點探針感測器量測，可得知(X、–X)與(Y、–Y)的電位及電位差，對點電荷所產生的電場與距離平方成反比，進而算出晶圓之粗糙度，而各區域之狀態也會顯示於示波器X、Y圖上，並儲存紀錄圖形，∆X與∆Y為各軸最大粗糙量。

關鍵字：檢測器、粗糙度量測、偏移電壓、電位差

摘要(英)

Because the current inspection instruments cannot measure the roughness of the inner and outer layers of the wafer at the same time, and have other shortcomings that are not good for the factory, Atomic Force Microscope (AFM) and Scanning Electron Microscope (SEM) For example, the common thing is that the measurement speed is slow and time-consuming, the machine is large and the power consumption is also required, and the risk of the wafer may be scratched or damaged, and the research purpose of this paper is mainly to improve Measurement efficiency and accuracy, reduce measurement time, and solve contact and destructive measurement methods, as well as support wafers of different sizes or single local regional measurements.
This study uses a two-dimensional electronic sensor to measure wafer roughness, and uses the high input impedance of the operational amplifier to eliminate the offset voltage and reduce the output error. The principle of this study is Use the signal generator to generate an equipotential waveform to form an equipotential field on the surface of the wafer. When the height of the wafer surface is different, the equipotential field will shift, and then there are two points in the X and Y directions. The five-point probe sensor is used to measure the potential and the difference between (X, -X) and (Y, -Y). The electric field generated by the point charge is inversely proportional to the square of the distance, and then the wafer is calculated. The roughness, and the status of each area will also be displayed on the oscilloscope X, Y graph, and record graphs are stored, ΔX and ΔY are the maximum roughness of each axis.
Keyword：Detector, rough measurement, offset voltage, potential difference

關鍵字(中)

★ 檢測器
★ 粗糙度量測
★ 偏移電壓
★ 電位差

關鍵字(英)

★ Detector
★ Rough measurement
★ Offset voltage
★ Potential difference

論文目次

摘要 i
Abstract іi
致謝 ііі
目錄 іv
圖目錄 vii
表目錄 ix
第一章緒論
1.1 前言 1
1.2 研究動機 1
1.3 研究目的 2
1.4 文獻回顧 2
第二章雜訊及運算放大器之原理介紹
2.1 雜訊（Noise） 5
2.1.1 熱雜訊（Thermal Noise） 5
2.1.2 白色雜訊（White Noise） 6
2.1.3 散粒雜訊（Shot Noise） 6
2.1.4 閃爍雜訊（Flicker Noise） 7
2.1.5 產生-複合雜訊（Generation-Recombination Noise） 7
2.1.6 擴散雜訊（Diffusion Noise） 8
2.1.7 量子雜訊（Quantum Noise） 8
2.1.8 突發雜訊（Burst Noise） 8
2.1.9 雪崩雜訊（Avalanche Noise） 9
2.2 運算放大器之原理介紹 9
2.2.1 運算放大器和內部基本電路組成 9
2.2.2 偏移電壓 12
2.2.3 雙運算放大器之應用 13
第三章實驗原理與流程步驟
3.1 實驗設計流程 16
3.2 實驗裝置原理說明 17
3.3 量測數據之物理意義 21
3.3.1 Divergence Theorem 21
3.3.2 Green’s First Theorem 21
3.3.3 Green’s Second Theorem 21
3.4 實驗電路圖說明 23
3.5 實驗設備 25
3.5.1 PCB電子電路輔助設計 27
3.5.2 電路模擬設計 28
3.6 實驗步驟 29
第四章實驗結果與分析
4.1 結果 30
4.2 結果分析 33
4.3 研究貢獻 34
第五章結論與未來展望
5.1 結論 37
5.2 未來展望 37
參考文獻 38
附件 40

參考文獻

[1] 李其紘,“原子力顯微鏡的基本介紹”,科學研習月刊,no. 52-5,2013
[2] 羅聖全,“掃描式電子顯微鏡（SEM）”,科學研習月刊,no. 52-5,2013
[3] 陳坤明, “電子元件的雜訊從何而來”,奈米通訊期刊, vol. 23,no. 4,pp.33- 34,December 2016.
[4] 許源佳,“5.2GHz無線區域網路CMOS低雜訊放大器之設計”,國立暨南國際大學電機工程學系碩士論文,2003.
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[6] 林峻誼,“以平均高低峰值實現低失真雜訊濾波器之研究”,國立中央大學光電科學與工程學系研究所碩士論文,June 2018.
[7] Retrieved May 9, 2019, from https://www.ni.com/zh-tw/innovations/white-papers/06/analog-sample-quality--accuracy--sensitivity--precision--and-noi.html
[8] 許念祖,“利用雜訊抵銷技術之低雜訊放大器設計與分析”,國立中山大學電機工程研究所,July 2008.
[9] 石正瑜,“矽摻硼之阻擋雜質能帶紅外線偵測器之研究”,國立交通大學電子工程學系電子研究所碩士班,October 2009.
[10] 高晋占,“电子噪声与低噪声設計”,北京：清華大學出版社,2016.
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[12] 張皓翔,“InGaAs / InP雪崩二極體單光子感測系統於蓋格模式下的單光子檢測特性探討”,國立臺北科技大學光電工程系,July 2019.
[13] 林俊宏,“基於過驅電壓與電流調校之運算放大器設計方法論”,國立勤益科技大學電子工程系研究所,July 2010.
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指導教授

張榮森(Rong-Sen Zhang)

審核日期

2020-7-22

推文