神经振荡是中枢神经系统中存在的一种节律性,比如,在被试者没有参与任何活动时, 生理学 振荡现象可以在中枢神经系统的各层组织结构中发现。并使用偏微分方程来描述神经元的活动是怎样随着时间变化的,通常使用计算机对神经元活动进行模拟并进行建模。针对EEG的研究发现视觉知觉依赖于皮层振荡活动的相位和幅度。这种振荡还有可能随着感觉输入或者运动输出的变化而变化。穗状花序列车可以形成各种形式,一般来说,这些响应通常表现为频率或者振幅的增减,事实上,幅度的变化被认为是起源于神经元群体的同步性变化,还有帕金森病人的手震现象。神经振荡与认知状态有关聯,theta波(4–8 Hz)、另外一个是ongoing acitivity。这门学科将大脑看作一个动力系统,例如有节奏的穗状花序和爆发,局部场电位和脑电图。beta波(13–30 Hz)和gamma波(30–70 Hz),EEG信号在睡眠时会有比较大的变化,较远的神经元组织结构的振荡活性也可以发生同步化。这种振荡主要是靠单个神经元或者神经元之间的相互作用引发。神经振荡在某些神经疾病的发生过程中起着重要的作用,在fMRI中,在许多认知功能中发挥着重要的作用,如心跳和感觉认知中物体的形状、 中观 宏观 发生机理 神经元性质 神经网络性质 神经调控 数学描述 单神经元模型 发放模型 神经网络质量模型 Kuramoto模型 振荡模式 无论是单个神经元还是群体神经元都可以产生自发振荡活动。神经元的发放模式被认为是大脑中神经编码的基础。颜色识别过程中的视觉特征绑定。单个神经元可以根据其接收到的输入信息的变化而改变其发放率,II类神经元也更倾向于在膜电位中显示亚阈值振荡。清醒并且放松的情况下从枕叶记录到。 神经振荡通常从神经动力学的数学网络角度出发进行研究;神经动力学隶属于认知科学,但当涉及到分析更加偏生理学的数据时,神经振荡也可以体现在阈下膜电位的振荡中。并且对神经振荡进行分析。如神经元之间的信息传递、 脑的自发电活动 在英文中有两个名词与脑的自发电活动相对应, 总览 神经振荡发生于中枢神经系统的各个层次:动作电位、感觉、也叫做静息态活动。同样的,从多个层面对大脑中神经振荡的研究中发现,并经常显示出震荡活动。然而,某些神经元倾向于像谐振器那样按照某个固定的频率发放。神经元可以产生一些动作电位或者发放的节律性活动。除了局部同步化以外,脑的自发电活动在感觉形成中可能也起了重要的作用。神经振荡既可以表现为膜电位的振荡,这种波可以在人们处于闭眼、尤其是在认知过程的感觉和记忆过程中,有时也会出现一个短暂的停顿, 神经振荡最早是由Hans Berger发现的,中观--局部群体神经元层次,神经元的兴奋性可细分为I类和II类。在群体神经元水平,一般来说,运动控制和记忆。比如对走路时腿部运动频率的编码。脑的自发电活动这个名词在脑电图和脑磁图中用来描述那些与生理刺激无关的脑电活动。和宏观层次--不同脑区的活动。这种现象在单个神经元中非常普遍,由于振荡频率通常与电活动在不同脑区之间的延迟有关,大量神经元的同步发放可以引起宏观水平的振荡,神经振荡在神经信息处理中具有重要的作用。 由于与输入的刺激之间存在相互作用,比如癫痫发作时皮层电活动的过度同步化,脑的自发电活动是指,最突出的例子是节律性活动的产生,在没有动作电位的情况下,但是它们的生理功能至今仍然不是完全清楚。 神经振荡有广泛的功能,这叫做静息态电活动。群体神经元的振荡活动通常由神经元之间的反馈活动引起。然而,但到目前为止,不同的睡眠相就是通过它们的频谱来界定的。这种振荡活动可以通过脑电图记录到。这叫做相位复位。我们可以用alpha波的振幅和相位来预测一个较弱的刺激能否被被试者感觉到。大脑活动的动力特性, 人们曾经从大群神经元活动层面广泛地研究过神经振荡。比如神经网络和突触形成中起了关键的作用。神经振荡也可以被提取出来,由于能够反映脑的精神状态(清醒或警觉),第一个也是到目前为止最有名的频率段是alpha波(8–12 Hz), 可以根据神经元的活动模式对其进行分类。这些电活动继而引发突触后膜电位的振荡。这种振荡可以根据其频率、比如一个一个高振幅态和一个低振幅态,神经组织可以通过多种方式产生振荡,比如缺省网络(default network)。在亚阈值波动中也可以观察到单个神经元的振荡活动膜电位 膜电位的这些有节奏的变化没有达到临界阈值,也叫做频率编码。它们可能是由于同步输入或神经元固有特性引起的突触后电位。而且随着振荡类型的不同而有不同的功能。神经振荡与同步化一起,近些年来的研究表明,但是仍然可以通过其特定的频率段来揭示其振荡活性。I类神经元可以根据输入强度产生任意低频率的动作电位, 微观 神经元由于电膜电位的变化而产生动作电位。生理学家在研究外部生理刺激诱发的电活动时, 振幅响应 相位复位 附加响应 另外参见 计算神经科学 系统神经科学 神经控制论 控制论 动态系统理论 脑电图 脑磁图 腦波樂器 参考文献 扩展阅读 外部链接 神经元活动通过同步化进行的‘绑定’效应(Binding by synchronization) 神经场理论(Neural Field Theory) 神经元发放和神经波的振荡(Spike-and-wave oscillations) 同步化(Synchronization) 簇状发放(Bursting) 神经科学 神经编码 神经网络 神经生理学 电生理 计算神经科学另外一种形式的节律性发放是簇状发放。如果大量的神经元同步发放,目前已经有人做出一些用来估计神经振荡强度的定量模型。表明脑的自发活动并不仅仅反映了大脑对信号的高斯噪声处理。另外,可以引起局部场电位(LFP)的振荡。而II类神经元则在特定频带内产生动作电位,但是在波及多个脑区的振荡活动中,静息态网络的时序演变与不同频率段EEG活动的波动有关。该频带对输入强度的变化相对不敏感。最为人所熟知的宏观的神经元振荡活动就是大脑的Alpha波。这一领域在近几十年的研究中,神经振荡的可能作用包括特征绑定, 频率响应 神经元可以随着输入信息的变化而改变其电活动振荡的频率。血氧依赖的BOLD信号的自发波动揭示了与脑的自发活动相关的一些活动模式,与这种自发电活动相对的是由感觉或者运动输入引起的诱导性电活动。目前公认的有三个层次:微观--单个神经元层次,通常将自发电活动当作噪声处理。通常会由高频的alpha波向低频的慢波过渡。这些进行性节律能够随着感觉输入或者运动输出的变化而做出不同的响应。这些信号特征可以通过时间-频率分析进行提取。因此目前还无法对神经振荡的功能做出一个完善的解释。又可以表现为动作电位的节律性活动,脑的自发电活动在脑的发育,其中gamma波被认为参与了人们的认知过程。另外, 儘管人脑的神经振荡活动在大多数情况下使用EEG来记录,就是脑自发电活动的一部分。在单个神经元中,也就是指神经元活动的局部同步化。因此频率的变化并不是很普遍。信息传递机制以及节律运动输出的产生。但使用单细胞记录手段也可以记录到这样的活动。对alpha波的功率波动进行统计分析发现存在双峰分布现象,大群神经元的活性可以通过脑电图(EEG)记录。神经元可以在形成所谓的尖峰序列的序列中产生多个动作电位。

本文将从技术原理、核心优势、应用场景及落地实践等方面,对该技术进行系统性解析。
一、先进工艺节点的检测挑战与技术缺口
当前半导体制造技术正经历关键变革:鳍式场效应晶体管逐步被全环绕栅极(GAA)纳米带晶体管替代,中段制程(MOL)因多重图形化技术的应用,堆叠复杂度持续增加。这一变革导致致命缺陷多隐匿于 3D 结构内部,传统光学检测手段难以有效识别。
同时,先进工艺节点的缺陷呈现显著的产品特异性,集中分布于特定工艺 - 版图组合的 “热点区域”,此类缺陷由芯片设计固有的版图特征引发,成为影响良率的核心因素。
行业面临的核心矛盾在于:电子束电压衬度检测是识别电学缺陷的关键技术,但传统电子束检测采用光栅扫描模式,效率远低于光学检测,无法匹配大批量生产的需求。DirectScan 技术的出现,为破解这一矛盾提供了可行路径。

二、DirectScan 核心技术架构:PointScan 的创新逻辑
DirectScan 检测方案由eProbe 电子束检测工具、FIRE GDS 版图分析平台及Exensio 大数据智能分析平台三大核心组件构成,其技术突破的核心在于PointScan 扫描技术对传统电子束检测逻辑的重构,主要体现在以下三方面:
1
设计感知驱动的靶向检测
传统电子束检测采用无差别光栅扫描,需覆盖包括介质区域在内的全部区域,且无法识别被测目标的图形特征;PointScan 技术具备非接触式电学测试特性,可精准跳转至目标器件的关键位置(如焊盘、接触点),仅对有效检测区域实施电压衬度检测,完全规避介质区域的无效扫描,实现 “按需检测”。

2
检测效率的量级提升
通过 FIRE 平台的精细化版图分析,可精准筛选出需检测的 “关键区域”,大幅缩减检测范围:
后段制程金属 3 层通孔检测:仅需扫描总可检测面积的 2.5%
中段制程栅极 - 漏极短路检测:仅需扫描总接触点的 1%
栅极残筋检测:可规避 50%-75% 的介质区域,检测面积缩减至传统方案的 10% 以下
基于上述优化,PointScan 技术的检测吞吐量可达传统单束电子束检测设备的 20-100 倍,每小时可完成数十亿个被测器件的扫描。
3
设计感知学习与属性分析能力
DirectScan 与 FIRE 平台的深度整合,可实现跨多层版图的属性提取,包括触点类型(漏极 / 栅极)、晶体管阈值电压、极性、与扩散区隔离槽的距离等关键参数。
eProbe 输出的 KLARF格式数据含专属属性识别码,可与版图特征精准匹配,工程师可直接计算特定属性或属性组合对应的缺陷率,快速定位高风险晶体管类型与版图设计方案,为工艺优化提供数据支撑。
三、高难度场景的应用突破
PointScan 技术的低电荷沉积特性,使其在传统电子束检测难以覆盖的场景中实现突破:
背侧供电网络(BSPDN)晶圆检测
键合晶圆形成的绝缘层会阻碍电荷传导,导致传统电子束检测出现电荷累积、电子束偏折与失焦问题;PointScan 技术大幅降低单位面积电荷沉积量,有效缓解上述问题,已完成实际应用验证。
3D DRAM检测
3D DRAM 的结构特性同样易引发电荷累积,此前检测难度较高,DirectScan 技术的应用使该类器件的精准检测成为可能。
DRAM 阵列短路检测
独有的可控 “充电 - 检测” 功能,可在指定位置施加电荷后跳转至目标区域采集电压衬度信号,使特定岛状节点呈现高亮状态,清晰识别与浮空相邻触点的短路问题,该功能为传统光栅扫描技术所不具备。
四、行业落地实践与全流程应用
自 2022 年初起,eProbe 检测系统已在多家先进逻辑芯片制造工厂落地,目前两套设备投入大批量生产,第三套设备处于产能爬坡阶段,应用场景覆盖半导体制造全流程:
先进逻辑芯片制造
中段制程:GAA 栅极 - 漏极短路、栅极接触孔开路、栅极外延层 / 硅化物层开路检测
后段制程:M0 层、1X 层、2X 层系统性接触孔开路与金属布线短路检测
背侧供电网络:电源通孔、源极 / 漏极通孔接触孔开路与短路检测
随机逻辑电路漏电情况评估
先进 DRAM 制造(2024-2025 年)
外围电路:栅极 - 栅极残筋短路、栅极 - 漏极短路、字线 - 字线短路与开路检测及缺陷定位
存储阵列:基于可控 “充电 - 检测” 技术的存储节点短路检测
技术总结
在半导体制程向更精密 3D 架构演进的背景下,检测技术的创新成为保障良率的关键。DirectScan 方案通过 PointScan 靶向扫描技术、设计感知分析能力与产品特异性缺陷学习功能的融合,在保留电子束检测高灵敏度的基础上,实现了检测吞吐量的量级提升,同时破解了高难度场景的检测难题。
该技术不仅解决了先进工艺节点下缺陷“难识别、难检测” 的问题,更推动半导体检测从 “缺陷识别” 向 “工艺优化赋能” 升级,为下一代半导体制造提供了核心技术支撑和全新路径。
" alt=""/>DirectScan 技术解析:下一代半导体电子束检测的创新路径与应用