CN107403741A - 一种高真空变温有机半导体器件测量腔 - Google Patents

一种高真空变温有机半导体器件测量腔 Download PDF

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彭应全
许昆
吕文理
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Lanzhou University
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明公布了一种高真空变温有机半导体器件测量腔，其特征是它由腔体、低温样品台、高温样品台和抽真空系统组成。其中抽真空系统与腔体相连，为其提供高真空度。低温样品台(低于室温)和高温样品台(高于室温)置于腔体之内。低温样品台采用半导体制冷片产生低温，由温度控制器实现‑50℃至室温的温度变化。高温样品台的高温(高于室温)由电加热器产生，经温度控制器实现室温至500℃的温度变化。腔体上具有多路气体输入口，它们与微调阀配合，可有效且可控地改变测量腔内的气氛种类和压力，实现不同气氛下对有机半导体器件的测量；腔体配备多电极法兰，用于电信号及电源的输入和输出；腔体配备石英窗作为入射和出射光的窗口及观察窗口。

Description

一种高真空变温有机半导体器件测量腔
技术领域
本发明涉及一种提供半导体器件参数测量环境的测量腔，属于电子测量技术领域。本发明适用于为科学研究和工业生产中未封装的有机半导体器件，如有机三极管、有机二极管等提供测量环境。
背景技术
由于具有低成本、高效率、重量轻、用料节省、生产工艺环境友好等优点，有机半导体器件的研究得到快速发展。相对于无机半导体材料，有机半导体材料的一个主要特点是分子尺寸大，且分子间的结合力弱，薄膜结构疏松，大气中的氧气、水分子等很容易扩散进入薄膜而改变其电学、光学性质，甚至导致薄膜内部结构发生变化。因此，未封装的有机半导体器件在大气环境下性能很快衰退或者发生较大的改变。可见，测量环境是需要考虑的一个重要因素，在高真空环境或惰性气体气氛中进行测量能够排除空气中的氧、水分子等环境因素对有机半导体材料和器件性能的不利影响。
实验证明，绝大多数有机半导体器件的迁移率随温度的上升而增大。因此，测量从低温至室温范围内有机半导体器件的性能对探索材料和器件内部微观物理过程至关重要。目前，测量的温度特性通常在大气环境下或低真空环境中测量。高真空测量环境与低温系统的结合是有机半导体材料和器件研究中十分关键的技术手段。
综上所述，未封装的光电子器件裸片，若在空气中测量，由于易受空气中的氧气、水分子的影响，其性能将迅速衰减。而且很多时候需要在固定温度或气氛下测量不同温度和气氛对器件性能的影响。这就需要一种高真空变温有机半导体器件测量腔来实现未封装器件的性能测量的工作。
发明内容
本发明的目的在于为有机半导体器件裸片提供一种真空变温测量环境，降低空气中的氧、水分子等环境因素对有机半导体器件性能的影响。可改变测量气氛，用于有机半导体器件气敏特性的测量。
本发明的目的是这样实现的：密闭测量腔与由机械泵和扩散泵组成的抽真空系统连接，提供高真空度；腔体配备具有多个引出电极的法兰，用于输入和输出待测器件电压和电流信号，输出温度信号，提供加热源电压和半导体制冷片电压；腔内配备半导体制冷片和电加热 器，可实现从-50℃至+500℃范围的温度调节；通过惰性气体输入口和微调阀的配合，有效且可控地改变测试腔内的气氛，实现不同气氛下对有机半导体器件的测量；配备石英窗，实现有机发光器件的发光输出和有机光敏器件的入射光输入。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
附图1本高真空变温有机半导体器件测量腔的腔体示意图，示意性表明腔体结构：
①顶盖：用于被测与待测器件样品的取放；
②石英窗：作为入射、出射光及观察窗，可透过从紫外到近红外区的光线；
③电极法兰：使用密闭材料在测试腔侧壁上引进多组电极，可一次性准备充足的待测器件样品，避免多次开启，上面具有24针电极，可实现测量腔内与腔外的电连接；
④热偶电离规管：用于监测真空度；
⑤冷却水通入管：用来带走来自半导体制冷片的热量；
⑥低温样品台(含半导体制冷片)：用于待测样品在-50℃至室温条件下的测量，样品台紧贴半导体制冷片的吸热面，放热面的热量由通入的冷却水带走；
⑦高温样品台(含电加热装置)：用于待测样品在室温至500℃条件下的测量，样品台下配备电加热装置；
⑧放气阀：真空测量腔放气；
⑨微调阀：控制通入气氛的速率，通过压强变化检测气氛通入情况；
附图2电极法兰。
具体实施方式
本高真空变温有机半导体器件测量腔的实现方式如下：
a)抽真空系统为测量腔体提供高真空度；
b)多电极加装于测试腔壁，引出管脚，可靠的接触被测器件的电极，灵活使用可以极大地提高测试效率；
c)电加热器和温控仪相结合，实现室温至500℃的温度变化；
d)半导体制冷片与温控仪相结合，实现-50℃至室温的温度变化；
e)惰性气体输入口和微调阀相配合，实现不同气体的定量输入；
f)石英窗置于测试腔正上方，作为观察窗和光线进出的通道。

Claims (4)

1.一种高真空变温有机半导体器件测量腔，它由腔体、低温样品台、高温样品台和抽真空系统组成，抽真空系统与腔体相连，为其提供高真空度；低温样品台和高温样品台置于腔体内之内，分别为处于真空环境的样品提供低温(低于室温)和高温(高于室温)。
2.如权利要求1所述的高真空变温有机半导体器件测量腔，其特征在于，低温样品台的低温由半导体制冷片产生，并由温度控制器控制，实现-50℃至室温的温度变化。
3.如权利要求1所述的高真空变温有机半导体器件测量腔，其特征在于，高温样品台的高温由电加热器产生，并由温度控制器控制，实现室温至500℃的温度变化。
4.如权利要求1所述的高真空变温有机半导体器件测量腔，其特征在于，(1)腔体具有多路气体输入口，与微调阀的配合，可有效且可控地改变测量腔内的气氛种类和压力，实现不同气氛下对有机半导体器件的测量；(2)腔体配备多电极法兰，用于电源的输入和电信号的输入和输出；(3)腔体配备石英窗作为入射光、出射光的窗口及观察窗口。
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