Etat et perspectives de développement de la plateforme laser IXL ATLAS

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1 Etat et perspectives de développement de la plateforme laser IXL ATLAS Vincent POUGET

2 Historique Laser IXL 1988 : banc laser continu (He-Ne) pour l analyse OBIC 1990 : banc laser continu (Argon) pour le test Latchup 1999 : banc laser impulsionnel (Ti:Sa) pour le test Effets singuliers 2002 : upgrade pour l analyse face arrière 2004 : projet «MELAMI» : MEtrologie LAser pour la MIcroélectronique 2005 : nouvelle source laser impulsionnelle (ampli Ti:Sa) 2006 : plateforme ATLAS 2

3 Objectifs scientifiques Nouvelles techniques optique et laser pour construire la sûreté de fonctionnement des systèmes intégrés Analyse de défaillance : localisation de défauts Test : aide à la conception Applications des impulsions laser ultra-courtes Exploiter : Réponse impulsionnelle (pompe) Résolution temporelle (pompe et/ou sonde) Accès à l optique non-linéaire Projet MELAMI : MEtrologie LAser pour la Microélectronique Investissement important en équipement (>1.5M sur 2 ans) : Région Aquitaine, Région PACA STM Rousset, CNES, IXL, CNRS, MENESR Principaux objectifs : Techniques impulsionnelles face arrière sous pointe Explorer le potentiel des techniques d optique non-linéaire Imagerie du champ électrique 3

4 Banc

5 Plateforme

6 Source Nd:YVO 4 Pump Ti:Sapphire Oscillator Pulse Picker A B C D E Wavelength Pulse duration Pulse energy Repetition rate A B nm nm 1ps 200fs 1nJ Single shot - 4MHz C D nm nm 1ps 80fs 10nJ 80MHz E 532nm 10W cw 6

7 Source 2005 Nd:YVO 4 Q-switched Pump Amplified Ti:Sapphire G Seed oscillator Regenerative Amplifier Stretcher Compressor Optical Parametric Amplifier Harmonic Generation F E A B C D A B C D E F nm 130fs 1µJ G Wavelength 800nm nm nm nm nm Pulse duration 100fs 130fs 100fs Pulse energy 5nJ 1mJ 10µJ 50µJ Repetition rate 80MHz Single shot - 1kHz 7

8 Banc «Pompe» Femtosecond Ti:sapphire Regenerative Amplifier Optical Parametric Amplifier Harmonic Generation Nd:YVO 4 Pump 10W Picosecond Ti:sapphire Oscillator Pulse Picker Pulse energy control Power meter r Mechanical shutter Function generators i Electro-optic modulator Pattern generator Delay generator inputs Spectrometer Autocorrelator Power supplies Oscilloscope IR LED Infrared microscope GPIB, RS232, Ethernet, USB, LPT Lock-in amplifier Multimeter 4 axis controller SEEM DAQ board outputs XYZ DUT 100x 100x Test board Sync White Light IR Vidicon CCD Visible microscope Video board 8

9 Banc «Pompe-Sonde» Femtosecond Ti:sapphire Oscillator Probe Pump Delay stage Power control Axis controller Lock-in amplifier I S I ref I ref I S Function generator Acousto-optic modulator Sagnac interferometer DUT GPIB, RS232, Ethernet 4 axis controller XYZ 20x CCD Probe White Light Visible microscope Video board 9

10 Pilotage et acquisition Scanning resolution : 100nm Timing resolution : 5ps Oscilloscope : 8GHz - 20GS/s Dedicated C/C++ software suite : SEEM Device driving Laser pulse energy control Device scanning Laser pulse triggering Pump-probe delay scanning Transient acquisition Communication with external tester SEEM Reader Light distributable version Fast visualization of 3D data (x,y,t) Many tools for data analysis 10

11 Salle Laser 2005 Inauguration 17 Mars

12 Axes de Recherche Temporal resolution Source 1 Source 2 Device-level modeling Pompe Linéaire Nouvelles approches TPA Pompe-sonde SPICE-level modeling Radiations Injection de fautes OBIT Nanosismographie Test vehicle SEE VENUS ESD 12

13 Planning de développement installation tables et réorganisation salle laser installation et validation nouvelle source laser installation station de test sous pointes et couplage techniques «pompe linéaire» mise au point de la «pompe non-linéaire» prospection de nouvelles techniques dynamiques techniques «sonde» linéaire et non-linéaire mise en ligne techniques «pompe linéaire» Linéaire Non linéaire Pompe Sonde Pompe Sonde Pompe «Sonde» Pompe Sonde 1ps nm SEE OBIC Reflectometry Interferometry Nanosismography 100fs 800nm Reflectometry Interferometry Spectroscopy Nanosismography EFISH Pump + EFISH 100fs nm SEE OBIC Reflectometry Interferometry THz emission TPA EFISH TPA pump 13

14 Absorption 2-photons Principe Interband absorption α ω 1 2-photons absorption β ω 2 ω 2 ω1 Eg ω2 E g 2 β = n 2 2π λε c 0 Im χ (3) 14

15 Photogénération Backside λ=800nm λ=1µm λ=900nm λ=1,3µm TPA Back thinned (60µm) 15

16 Nouvelles techniques dynamiques Objectif : exploiter la résolution temporelle des impulsions laser ultracourtes Résolution actuelle limitée : τ 10ns Laser 80MHz Pulse picker τ Electrical stimulus Test Clock ϕ Trig Delay τ DUT Optical pump or probe τ± τ Laser-Synchronous Generator (LSG) Utilisation du train d impulsion comme référence de phase τ <1ns 16

17 Conclusions Plateforme ATLAS Outil unique Equipements laser impulsionnels de pointe Compétences et outils de la microélectronique Nouvelles techniques optique et laser pour construire la sûreté de fonctionnement des systèmes intégrés Analyse de défaillance : localisation de défauts Test : aide à la conception Actions 2006 Association Pompe linéaire station de test sous pointes Structures de test dédiées Pompe non-linéaire limiter les contraintes de préparation face arrière Résolution temporelle Techniques pompe dynamique sur circuits GHz Nouvelles techniques sonde Prospection Imagerie pompe-sonde Techniques sonde linéaire et non-linéaire 18