CN103941117B - 电输运特性测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电输运特性测量装置，包括平台主体、四探针升降系统和样品台旋转系统；所述平台主体包括上平台、下平台和升降槽道；所述四探针升降系统包括探针组件和步进电机；所述样品旋转系统包括传动样品台、转动轴和驱动件。本发明还公开了一种电输运特性测量方法，通过多个步骤测量晶体材料各向异性电输运特性。本发明所提供的一种电输运特性测量装置和测量方法，解决了传统四探针输运测试装置不能方便地测量各向异性电输运特性的问题，大大简化了操作过程，提高了实验效率。

Description

电输运特性测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量装置及测量方法，特别是涉及一种电输运特性测量装置和测量方法。

背景技术

许多晶体材料的结构与物性都具有程度不一的各向异性，成为学术基础科研与材料应用开发的关注重点，其中各向异性的电输运特性是晶体材料的一个重要特性。传统的四探针装置中包括四个探针和样品台，其中样品台是固定不动的，利用该装置测量各向异性的电输运特性时，需要制备出多个材料，然后将探针沿着不同晶向上配置，从而测量出该材料在不同晶向上的电输运特性；另一方面，因为各探针分别由各自的调节部件控制，因此调节各探针在晶面上的位置时需要依次对各探针进行调节，这样造成实际的操作过程比较费时费力，而且为了剔除材料生长的不均匀性，需要做统计分析，造成实验周期的延长。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够方便、有效地测量晶体材料各向异性电输运特性的测量装置。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种方便、有效的晶体材料各向异性电输运特性的测量装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种电输运特性测量装置，包括平台主体、四探针升降系统和样品台旋转系统；

所述平台主体包括上平台、下平台和多个连接翼，各个所述连接翼的两端分别连接所述上平台和所述下平台，所述这些连接翼围绕所述平台主体的中心轴线均匀布置，且在所述平台主体的中心轴线处形成空腔，两两所述连接翼之间形成升降槽道，所述上平台具有多个边缘孔和一个中心孔；

所述四探针升降系统包括四个探针组件和步进电机，各所述探针组件包括依次相连接的探针引脚、探针杆和探针，所述探针引脚穿过所述升降槽道从而固定于所述步进电机上，所述探针杆自所述上平台的所述边缘孔穿出使所述探针指向待测样品表面，所述步进电机位于所述平台主体的所述空腔中并与所述下平台接触，用于所述探针组件的升降；以及

所述样品旋转系统包括传动样品台、转动轴和驱动件，所述传动样品台用于放置所述待测样品，所述转动轴的下部与所述上平台配合并可转动地嵌在所述上平台中，所述转动轴的上部穿过所述上平台的所述中心孔，与所述传动样品台固定连接，所述驱动件与所述传动样品台配合，用于驱动所述传动样品台转动。

进一步地，所述探针组件均具有刚性。

进一步地，所述探针杆上具有接口，从所述接口用于与导线相连接，从而与外部设备连接。

进一步地，所述步进电机为压电陶瓷步进电机。

进一步地，所述连接翼采用导热材料制成，具有导热作用，能将测量过程中产生的热及时地传导至外界。

进一步地，所述传动样品台具有涡轮结构，所述涡轮结构的边缘具有多个涡轮轮齿；所述驱动件为蜗杆，所述蜗杆具有多个螺旋齿；所述涡轮轮齿与所述螺旋齿相配合，从而使得所述传动样品台在所述驱动件的驱动下转动。

进一步地，所述驱动件还包括三齿轮蜗轮传动尾翼，设置在所述蜗杆尾部，用于与外部传动装置的连接。

进一步地，所述蜗杆采用隔热、耐磨材料制成。

进一步地，所述蜗杆的中部有蜗轮卡槽和蜗杆卡头，所述蜗轮卡槽与所述蜗杆卡头相配合，所述蜗杆卡头固定于所述上平台上。

本发明还提供了一种电输运特性的测量方法，应用于上述任意一种电输运特性测量装置中，包括以下步骤：

第一步、将所述待测样品固定于所述传动样品台上；

第二步、利用所述步进电机调整所述探针引脚到工作高度，使所述探针接触待测样品表面，进行电输运测量；

第三步、利用所述步进电机将所述探针引脚上升，直到所述探针离开所述待测样品表面，驱动所述传动样品台及所述待测样品旋转至所需角度；

第四步、使所述传动样品台停止转动，利用所述步进电机将所述探针引脚下降到工作高度，使所述探针接触所述待测样品表面，再次进行电输运测量；

第五步、重复第三步和第四步所述步骤，进行多次电输运测量，如此循环直至测完实验所有所需角度。

本发明所提供的一种电输运特性测量装置，利用步进电机调控四个探针组件的同时升降，使四个探针同时接触或离开待测样品表面，利用三齿轮蜗轮传动尾翼的转动带动蜗杆的旋转，从而带动传动样品台及待测样品的旋转，即通过四个探针组件的同时升降和传动样品台的旋转测试完实验所需所有角度，从而实现晶体材料各向异性电输运特性的测量。

本发明所提供的一种电输运特性测量装置及测量方法，解决了传统四探针输运测试装置不能方便地测量同一样品各向异性的电输运特性的问题，大大简化了操作过程，提高了实验效率。此外本发明中平台主体中的连接翼采用导热材料，加强了本发明中的测量装置的散热性，而且本发明中蜗杆采用隔热、耐磨材料且其尾部采用三齿蜗杆传动尾翼的设计保证了本发明中的测量装置包括待测样品与外界的热隔离，降低了外界热传导对测量结果的影响，增强了测量结果的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明的较佳实施例的一种电输运特性测量装置的示意图；

图2是为本发明较佳实施例的一种电输运特性测量装置的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明保护范围不限于下述实施例。

在本发明的较佳实施例中，如图1和2所示，一种电输运特性测量装置包括：平台主体100、四探针升降系统300和样品台旋转系统400，待测样品200设置于样品台旋转系统400。

平台主体100包括上平台14、下平台15和多个连接翼12，各个连接翼12的两端分别连接上平台14和下平台15，这些连接翼12围绕平台主体100的中心轴线均匀布置，且在平台主体100的中心轴线处形成空腔16，两两连接翼12之间形成四探针升降槽道13。上平台14的边缘设有四个与探针杆32配合的边缘孔，上平台14中部也有一个中心孔，用于与转动轴42配合。下平台15装有固定螺钉500，用于平台主体100与其他外部工作平台的固定连接.

四探针升降系统300包括探针31、探针杆32、探针引脚34和步进电机35，探针31、探针杆32和探针引脚34均具有刚性，三者连为一整体，形成探针组件。本实施例中设置了四个探针组件。探针引脚34穿过升降槽道13，固定于步进电机35上，探针杆32自上平台14的边缘孔穿出使探针31指向待测样品表面200，步进电机35位于空腔16中并与下平台15接触，通过控制步进电机35实现四个探针组件在升降槽道13中的同时升降。此外，探针杆32上具有接口，从该接口能够引出导线33与外部设备连接。

样品旋转系统400包括传动样品台41、转动轴42、蜗杆43和三齿轮传动尾翼45，传动样品台41上用于放置待测样品200，转动轴42的下部与上平台14配合并可转动地嵌在上平台14中，转动轴42的上部穿过上平台14的中心孔与传动样品台41固定连接。

传动样品台41具有蜗轮结构，该蜗轮结构具有与转动轴42同轴的中心孔，并通过该中心孔与转动轴42固定连接，传动样品台41的蜗轮结构边缘的蜗轮轮齿与蜗杆43的螺旋齿匹配，蜗杆43的中部有蜗杆卡槽44，蜗杆卡槽44与蜗杆卡头11接触并转动配合，蜗杆卡头11固定于上平台14上。蜗杆43尾部还装有三齿轮蜗轮传动尾翼45，三齿轮蜗轮传动尾翼45通过连接外部传动装置控制蜗杆43的旋转从而带动传动样品台41的旋转。

传统四探针输运测试装置中样品台不能旋转，因而需要准备多个样品供探针在不同晶向上配置，才能得到各向异性电输运特性，而且为了剔除材料生长的不均匀性，还需要做统计分析，因而操作复杂，实验周期长。而本发明的电输运特性测量装置中安装了四探针升降系统300和样品台旋转系统400，利用步进电机35调控四个探针组件在升降槽道13的同时升降，从而使四个探针31同时接触或离开待测样品200表面，在外部传动装置的作用下利用三齿轮蜗轮传动尾翼45的转动带动蜗杆43的旋转，从而带动传动样品台41及待测样品200的旋转。通过探针组件的同时升降和传动样品台41的旋转测试完实验所需所有角度，从而实现晶体材料各向异性电输运特性的测量，大大简化了操作过程，缩短了实验周期，提高了实验效率。

另外，本发明的电输运特性测量装置中蜗杆43采用隔热、耐磨材料制成，且蜗杆43尾部具有三齿轮蜗轮传动尾翼45的设计，既方便连接外部传动装置实现蜗杆43的旋转，又方便切断本发明的测量平台与外界的热传导，降低了外界热传导对测量结果的影响。

本发明的电输运特性测量装置中，平台主体中的连接翼12采用导热材料制成，可将测试过程中产生的热量及时传导至外界，加强了本发明中的测量平台的散热性，从而保证了测量结果的稳定性和可靠性。

利用本实施例的电输运特性测量装置测量晶体材料各向异性电输运特性的具体工作过程说明如下：

第一步、将待测样品200固定于传动样品台41上；

第二步、利用步进电机35调整探针引脚34到工作高度，使探针31接触待测样品200表面，进行第一次电输运测量；

第三步、利用步进电机35将探针引脚34上升，直到探针31离开待测样品200表面，外部传动装置带动三齿轮蜗轮传动尾翼45的转动从而使蜗杆43旋转，蜗杆43带动蜗轮传动样品台41及待测样品200旋转至所需角度；

第四步、解除外部传动装置与三齿轮蜗轮传动尾翼45的连接，使待测样品200停止转动，利用步进电机35将探针引脚34下降到工作高度，使探针31接触待测样品200表面，进行第二次电输运测量；

第五步、重复第三步和第四步所述步骤，进行多次电输运测量，如此循环直至测完实验所有所需角度。

本发明解决了传统四探针输运测试装置不能方便地测量各向异性电输运特性的问题，大大简化了操作过程，提高了实验效率。此外本发明中平台主体侧壁安装的导热翼，加强了本发明中的测量平台的散热性，而且蜗杆采用隔热、耐磨材料且其尾部采用三齿蜗杆传动尾翼的设计保证了本发明中的测量平台包括待测样品与外界的热隔离，降低了外界热传导对测量结果的影响，增强了测量结果的可靠性。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电输运特性测量装置，其特征在于，所述电输运特性测量装置包括平台主体、四探针升降系统和样品台旋转系统；

所述平台主体包括上平台、下平台和多个连接翼，各个所述连接翼的两端分别连接所述上平台和所述下平台，所述多个连接翼围绕所述平台主体的中心轴线均匀布置，且在所述平台主体的中心轴线处形成空腔，两两所述连接翼之间形成升降槽道，所述上平台具有多个边缘孔和一个中心孔；以及

所述四探针升降系统包括四个探针组件和步进电机，各所述探针组件包括依次相连接的探针引脚、探针杆和探针，所述探针引脚穿过所述升降槽道从而固定于所述步进电机，所述探针杆自所述上平台的所述边缘孔穿出使所述探针指向待测样品表面，所述步进电机位于所述平台主体的所述空腔中并与所述下平台接触，用于所述探针组件的升降；以及

所述样品旋转系统包括传动样品台、转动轴和驱动件，所述传动样品台用于放置所述待测样品，所述转动轴的下部与所述上平台配合并可转动地嵌在所述上平台中，所述转动轴的上部穿过所述上平台的所述中心孔，与所述传动样品台固定连接，所述驱动件与所述传动样品台配合，用于驱动所述传动样品台转动。

2.如权利要求1所述的电输运特性测量装置，其特征在于，所述探针组件均具有刚性。

3.如权利要求1所述的电输运特性测量装置，其特征在于，所述探针杆上具有接口，从所述接口与导线相连接，从而与外部设备连接。

4.如权利要求1所述的电输运特性测量装置，其特征在于，所述步进电机为压电陶瓷步进电机。

5.如权利要求1所述的电输运特性测量装置，其特征在于，所述连接翼采用导热材料制成。

6.如权利要求1所述的电输运特性测量装置，其特征在于，所述传动样品台具有蜗轮结构，所述蜗轮结构的边缘具有多个蜗轮轮齿；所述驱动件为蜗杆，所述蜗杆具有多个螺旋齿；所述蜗轮齿轮与所述螺旋齿相配合，从而使得所述传动样品台在所述驱动件的驱动下转动。

7.如权利要求6所述的电输运特性测量装置，其特征在于，所述驱动件还包括三齿轮蜗轮传动尾翼，设置在所述蜗杆尾部，用于与外部传动装置的连接。

8.如权利要求6所述的电输运特性测量装置，其特征在于，所述蜗杆采用隔热、耐磨材料制成。

9.如权利要求6所述的电输运特性测量装置，其特征在于，所述蜗杆的中部有蜗杆卡槽和蜗杆卡头，所述蜗杆卡槽与所述蜗杆卡头相配合，所述蜗杆卡头固定于所述上平台上。

10.一种利用如权利要求1-9中任意一项所述的电输运特性测量装置测量电输运特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、将所述待测样品固定于所述传动样品台上；

第二步、利用所述步进电机调整所述探针引脚到工作高度，使所述探针接触待测样品表面，进行电输运测量；

第三步、利用所述步进电机将所述探针引脚上升，直到所述探针离开所述待测样品表面，驱动所述传动样品台及所述待测样品旋转至所需角度；

第四步、使所述传动样品台停止转动，利用所述步进电机将所述探针引脚下降到工作高度，使所述探针接触所述待测样品表面，再次进行电输运测量；

第五步、重复第三步和第四步，进行多次电输运测量，如此循环直至测完实验所有所需角度。