CN105445557A - 一种高通量电阻率测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料测试装置领域，具体涉及一种高通量电阻率测试装置。本发明针对传统四探针测电阻测试高通量样品时出现的探针反复升降、移动等操作带来的时间消耗和仪器损耗，提出一种基于四探针方法的多探针高通量电阻率测试装置。该装置通过多通道开关的控制完成测试区域的切换，即用电学扫描代替探针的机械扫描，可以大大降低测试需要的时间，实际的测试可以在瞬间完成；并且，本发明可以根据样品的集中程度或者感兴趣区域的集中程度的不同，选择性的“跳过”部分探针，这样能够进一步缩短测试时间，实现样品的准确并行测试，提升测试效率。

Description

一种高通量电阻率测试装置

技术领域

本发明属于材料测试装置领域，具体涉及一种高通量电阻率测试装置。

背景技术

伴随着机械、电子、航空、能源等技术的迅猛发展，对材料的要求变得越来越高，材料的复杂程度亦更加高。由于材料科学设计众多问题，因此准确的计算材料的某种性质并非易事。电学性能尤其是材料的电阻特性是材料的重要性质，而目前已有多种用于材料的高通量制备和表征的仪器设备，但对于材料的电学性能的高通量表征设备仍然缺乏。现有技术中材料的电阻性质通常采用传统的四探针方法测试，四探针法测量电阻率使用简单，不需要校准，有时即使用其它方法测量电阻率还用四探针法校准。四探针测试方法能够规避探针与材料接触电阻对测试结果的影响，而且结构简单、稳定性高、成本低，是电阻率测试的重要方法。

然而这种传统的四探针方法仅适用于单一的或少量的样品测试，使用高通量制备方法得到的样品通常是单一的基底不同区域呈现成千上万个样品，用传统四探针方法测试需要反复的更换探针与样品的接触位置。

KlimentiyShimanovich等人于2014年在《REVIEWOFSCIENTIFICINSTRUMENTS》杂志上发表文章“Four-pointprobeelectricalresistivityscanningsystemforlargeareaconductivityandactivationenergymapping”，提出一种高通量四探针测试系统。尽管该系统采用自动控制下的扫描的方法测试大量的样品，一定程度上缩短了手工操作的时间，提高了测试效率，但该系统仍会在探针的升起、移动、落下等机械动作上消耗大量的时间，并且反复的如此操作会降低仪器寿命，阻碍测试效率的提升。因此，如何利用四探针测试方法测试大量样品电阻率又无需反复移动探针是本领域技术人员面临的技术难题。

发明内容

针对上述传统四探针测试材料电阻率的方法存在的问题，本发明提出一种高通量电阻率测试装置；该装置避免了传统四探针测试方法中多个样品测试或单个样品不同区域测试时需要反复更换探针与样品的接触位置的问题，可以实现多个样品或单个样品多个区域的快速测试，提高了高通量样品的测试效率。具体装置为：

一种高通量电阻率测试装置，其特征在于，所述装置包括：

基座，固定设置有若干探针，且每个所述探针均具有用于接触测试样品的尖端和相对于该尖端的连接端；

多通道开关，每个所述探针均通过其连接端与所述多通道开关的输入端电连接，且该多通道开关的输出端分别与电流源和电压表连接，以对所述测试样品的电阻率进行量测。

上述装置，其中，每个所述探针均贯穿固定设置于所述基座，且所述若干探针的尖端均凸起于该基座的同一表面，以使得每个所述探针的尖端均能与同一所述测试样品的不同区域接触和/或分别与不同测试样品接触。

上述装置，其中，当所述若干探针的尖端分别与不同测试样品接触时，对任一所述测试样品进行电阻率量测操作过程中，所述多通道开关将与其他测试样品接触的探针的电路断开。

上述装置，其中，所述多通道开关为手动式机械开关的组合器件或电子电路控制的多路开关器件。

上述装置，其中，所述装置还包括一开关控制模块；

所述开关控制模块与所述多通道开关电连接，以自动控制所述多通道开关中每个通道的开启或闭合。

上述装置，其中，所述多通道开关的输入端上设置有若干探针接入端口，所述多通道开关的输出端上设置有第一连接端口和第二连接端口；

每个所述探针均通过其连接端分别与一所述探针接入端口连接，所述电压表通过所述第一连接端口与所述多通道开关电连接，所述电流源通过所述第二连接端口与所述多通道开关电连接。

上述装置，其中，所述探针接入端口的数量大于所述探针的数量。

上述装置，其中，所述电流源和电压表可以为分立的电流源和电压表器件，也可以是集成的数字源表器件。

上述发明具有如下优点或者有益效果：

本发明针对传统四探针测电阻测试高通量样品时出现的探针反复升降、移动等操作带来的时间消耗和仪器损耗，提出一种基于四探针方法的多探针高通量电阻率测试装置。该装置不需要反复操作探针升降和移动，用多探针代替四探针，通过多通道开关的控制完成测试区域的切换，即用电学扫描代替探针的机械扫描因此电学测试可以在瞬间完成可以大大降低测试需要的时间，并且本发明可以根据样品的集中程度或者感兴趣区域的集中程度的不同，选择性的“跳过”部分探针，这样能够进一步缩短测试时间，实现样品的准确并行测试，提升测试效率。

附图说明

图1是本发明中高通量电阻率测试装置的结构示意图。

实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

针对上述存在的问题，本发明披露了一种解决传统四探针测电阻方法在测试高通量样品时出现的探针升降、移动等操作带来的时间消耗和仪器损耗问题的装置，提出一种基于四探针方法的多探针高通量电阻率测试装置，该装置不需要反复操作探针升降和移动，通过多通道开关的控制完成测试区域的切换，即用电学扫描代替探针的机械扫描，可以大大降低测试需要的时间，实际的测试可以在瞬间完成，并且，本发明可以根据样品的集中程度或者感兴趣区域的集中程度的不同，选择性的“跳过”部分探针，这样能够进一步缩短测试时间，实现样品的准并行测试，提升测试效率。

如图1所示，本实施例涉及一种高通量电阻率测试装置，具体包括：

用于固定测试所用探针基座2和固定在探针基座2上的若干探针1，探针1包括与探针基座2接触的连接端以及相对于连接端的尖端，其中，每个探针的尖端均与一与其一一对应(即每个导线4只与一探针尖端连接)的导线4连接。

进一步的，该高通量电阻率测试装置还包括多通道开关3，该多通道开关3有若干个输入端口和若干个输出端口。多通道开关3可以是机械开关的组合，也可以是电子电路控制的多路开关器件，优选的，本实施例中选用电子电路控制的多路开关器件，多通道开关3输入端口的数目应不少于探针1的数目，以使探针基座2上的探针1均可以通过导线4电连接于多通道开关3的输入端口(为了便于理解，图中只将部分探针1通过导线4与多通道开关3的输入端连接，其中，多通道开关3还包含若干个输出端口，优选的，本实施例中设计为4个输出端口，每个输出端口均通过一引线5(将输出端口电性引出的导线，由于目的是将多通道开关3电性引出且为了与导线4区分，则称为引线)将其电性引出，以便于与其他设备连接进而完成测试。

进一步的，该高通量电阻率测试装置还包括电流源7与电压表6，所述电流源7与电压表6可以选用分立的电流源与电压表，也可以选择集成的数字源表，优选的，本实施例中用集成数字源表(图1中，将电流源7与所述电压表6独立开来，目的是使发明显得更具体形象，实际上二者是集成在一起的)。其中，上述多通道开关3输出端口的4根引线中的两根引线与电流源输入端、输出端相连，另外两根与电压表输入端、输出端相连。

在本发明的实施例中，在使用该高通量电阻率测试装置测试样品电阻率时，首先将由基座2及其固定的探针1整体压在样品上，即探针1的尖端朝下，基座2朝上的方式使部分探针1的尖端与测试样品良好接触并通过多通道开关3控制不同输入端口的导通与关断状态，实现不用探针1的切换。由于是多个四探针测试方法的并用，因此要保证测某个样品的电阻率时，至少需保证该样品上连通的探针1的个数为4m(其中，m是正整数)，多余的探针1通过多通道开关3将其处于关断状态。最后计算机会同时读取和存储电流源7与电压表6的度数信息，最后结合样品的厚度信息，通过计算得到不同区域样品的电阻率信息。

综上所述，本发明通过将若干探针通过固定在基座上，然后每一探针均与多通道开关的一个输入端口对应连接，使得多个探针代替四个探针，这样可以做到样品的全面覆盖，提高测试通量，然后使用多通道开关切换不同探针的工作与空闲，即用电学扫描代替机械扫描，大幅度降低了扫描时间，提高了测试效率，克服了传统四探针测试电阻方法测试高通量样品时出现的探针反复升降、移动等操作带来的时间消耗和仪器损伤。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (8)

1.一种高通量电阻率测试装置，其特征在于，所述装置包括：

基座，固定设置有若干探针，且每个所述探针均具有用于接触测试样品的尖端和相对于该尖端的连接端；

多通道开关，每个所述探针均通过其连接端与所述多通道开关的输入端电连接，且该多通道开关的输出端分别与电流源和电压表连接，以对所述测试样品的电阻率进行量测。

2.如权利要求1所述装置，其特征在于，每个所述探针均贯穿固定设置于所述基座，且所述若干探针的尖端均凸起于该基座的同一表面，以使得每个所述探针的尖端均能与同一所述测试样品的不同区域接触和/或分别与不同测试样品接触。

3.如权利要求2所述装置，其特征在于，当所述若干探针的尖端分别与不同测试样品接触时，对任一所述测试样品进行电阻率量测操作过程中，所述多通道开关将与其他测试样品接触的探针的电路断开。

4.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述多通道开关为手动式机械开关的组合器件或电子电路控制的多路开关器件。

5.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述装置还包括一开关控制模块；

所述开关控制模块与所述多通道开关电连接，以自动控制所述多通道开关中每个通道的开启或闭合。

6.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述多通道开关的输入端上设置有若干探针接入端口，所述多通道开关的输出端上设置有第一连接端口和第二连接端口；

每个所述探针均通过其连接端分别与一所述探针接入端口连接，所述电压表通过所述第一连接端口与所述多通道开关电连接，所述电流源通过所述第二连接端口与所述多通道开关电连接。

7.如权利要求6所述装置，其特征在于，所述探针接入端口的数量大于所述探针的数量。

8.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述电流源和电压表为分立的电流源和电压表器件或者为集成数字源表器件。