CN113945591B - 一种半峰宽自动化测试工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半峰宽自动化测试工装，所述半峰宽自动化测试工装包括：光信号处理系统，用于基于样品生成测试信号，所述光信号处理系统中的样品台包括用于定位样品的定位结构；计算机处理系统，与光信号处理系统通信连接，用于接收测试信号，并基于测试信号，实现半峰宽自动化测试。本发明通过在样品台设置定位结构，可以利用定位结构将样品固定在样片台上、实现样品测试点的精确定位，从而可以配合计算机处理系统实现自动化测试，摆脱了现有技术中的手动操作，大幅度提升了测试效率。

Description

一种半峰宽自动化测试工装

技术领域

本发明涉及半导体材料测试装置领域，尤其涉及一种半峰宽自动化测试工装。

背景技术

在红外半导体材料领域，HgCdTe材料由于本身是一种直接带隙半导体材料且具有可调的禁带宽度，可以覆盖整个红外波段，使其成为一种理想的红外探测器材料，从70年代就开始被广泛应用于制备不同类型的红外探测器，当前已经成为红外探测领域应用最广泛的探测器材料。液相外延是红外焦平面探测器领域的主要制备技术。

碲镉汞液相外延材料的失配度与材料的双晶半峰宽有着较好的依赖关系，同时，缺陷和形变均会导致双晶半峰宽增大，缺陷将导致晶格常数发生变化，而形变则会导致衍射面弯曲。利用这些特性，采用三轴衍射技术可对双晶衍射半峰宽大小的起因做进一步的分析。利用X射线衍射摇摆曲线的半峰宽可以对材料的位错密度、残余应力和材料表面损伤进行间接测量。因此，对碲镉汞薄膜材料进行半峰宽测试对材料均匀性的提升具有重要意义。

在测试碲锌镉基碲镉汞半峰宽时，现有的测试设备X射线衍射仪在测试过程存在的问题有：手动操作，为了获取较好的测试曲线和结果需要反复测试2Theta和omega的测试强度，直至强度不再变化，测试效率低下；测试夹具与样品接触面只是简单的平面结构，只有两条过圆心的相交垂线，样品紧靠坐标轴放置在第一象限，然后依靠磁铁进行固定，肉眼观测，缺乏定位装置，定点测试误差较大，无法保证测试的重复性；单片测试效率较低。

发明内容

本发明提供一种半峰宽自动化测试工装，用以解决现有技术在测试碲锌镉基碲镉汞半峰宽时效率低下的问题。

根据本发明的一些实施例提供的一种半峰宽自动化测试工装，包括：

光信号处理系统，用于基于样品生成测试信号，所述光信号处理系统中的样品台包括用于定位样品的定位结构；

计算机处理系统，与所述光信号处理系统通信连接，用于接收所述测试信号，并基于所述测试信号，实现半峰宽自动化测试。

根据本发明的一些实施例，所述定位结构包括：定位块，所述定位块包括定位本体和定位翻边，所述定位本体的一端与所述样品台可拆卸的连接，所述定位本体的另一端朝向远离所述样品台的方向延伸，所述定位翻边设于所述定位本体的另一端的周壁，翻边沿着样品台的方向延伸，所述定位翻边与所述样品台限定出用于定位所述样品的空间。

根据本发明的一些实施例，所述定位翻边朝向所述样品台的一侧具有第一倒角结构。

根据本发明的一些实施例，所述样品台设有定位凹槽，所述定位本体的一端嵌设于所述定位凹槽。

根据本发明的一些实施例，所述定位块位于所述样品台的中心。

根据本发明的一些实施例，所述样品台还包括固定结构，所述固定结构用于固定所述样品。

根据本发明的一些实施例，所述固定结构包括固定块，所述固定块包括固定本体和固定翻边，所述固定本体的一端与所述样品台可拆卸的连接，所述固定本体的另一端朝向远离所述样品台的方向延伸，所述固定翻边设于所述本体的另一端的周壁，所述固定翻边与所述样品台限定出用于固定所述样品的空间。

根据本发明的一些实施例，所述固定结构包括多个，多个所述固定结构与所述定位结构配合，以将多个样品固定于所述样品台。

根据本发明的一些实施例，多个所述固定结构位于所述定位结构的周向方向且间隔排布，相邻两个所述固定结构配合所述定位结构固定一个样品。

根据本发明的一些实施例，所述样品台为磁性结构，所述样片台还包括磁片，所述磁片用于将所述样片固定于所述样品台。

采用本发明实施例，通过在样品台设置定位结构，可以利用定位结构将样品固定在样片台上、实现样品测试点的精确定位，从而可以配合计算机处理系统实现自动化测试，摆脱了现有技术中的手动操作，大幅度提升了测试效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例中定位块结构示意图；

图2是本发明实施例中固定块结构示意图；

图3是本发明实施例中样品台结构示意图；

图4是本发明实施例中安装有定位块与固定块的样品台示意图；

图5是本发明实施例中将样品固定于样品台的示意图；

图6是本发明实施例中定位块的示意图；

图7是本发明实施例中半峰宽自动化测试工装结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明的一些实施例提出一种半峰宽自动化测试工装，包括：

光信号处理系统，用于基于样品生成测试信号，光信号处理系统中的样品台包括用于定位样品的定位结构；可以理解，样品台上设有定位结构，该定位结构可以固定样品，并且根据该定位结构可以确定样品位置。

计算机处理系统，与光信号处理系统通信连接，用于接收测试信号，并基于测试信号，实现半峰宽自动化测试。可以理解，计算机处理系统可以自动采集测试信号，并基于采集到的测试信号完成对样品的半峰宽自动化测试。

采用本发明实施例，通过定位结构可以对样品进行固定，从而实现样品的精确定位，样品在样品台上的位置确定，计算机处理系统可以根据样品台位置确定样品位置，从而避免在测试过程中需要手动操作调节样品的过程，大幅度提升了测试效率。

在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。

根据本发明的一些实施例，定位结构可以为设于样品台的凹槽，凹槽恰好能够容纳样品。这里所提到的恰好可以理解为样品在放置在凹槽内后，样品的周壁与凹槽的内周壁接触且样品不发生挤压。

进一步的，样品台上可以设有多个间隔排布的凹槽，每个凹槽适于容纳一个样品。多个凹槽的形状可以各异或相同。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，定位结构包括：定位块1，定位块1包括定位本体11和定位翻边12，定位本体11的一端适于与样品台固定连接，定位本体11的另一端朝向远离样品台的方向延伸，定位翻边12设于定位本体11的另一端的周壁，定位翻边12与样品台限定出用于定位样品4的空间。

需要说明的是，对于定位本体11与样品台的连接方式不作限定，只要将定位本体11固定在样品台上即可。例如，在本发明的一些实施例中，定位本体11的一端与样品台粘接，例如，使用不饱和聚酯树脂胶等粘接。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，定位结构包括：定位块1，定位块1包括定位本体11和定位翻边12，定位本体11的一端与样品台可拆卸的连接，定位本体11的另一端朝向远离样品台的方向延伸，定位翻边12设于定位本体11的另一端的周壁，定位翻边12与样品台限定出用于定位样品4的空间。

需要说明的是，对于定位本体11与样品台的连接方式不作限定，只要实现定位本体11的可拆卸即可。例如，在本发明的一些实施例中，定位本体11的一端可以与样品台螺纹连接，可以是样品台设置有内螺纹，定位本体11的一端设置有与其配合的外螺纹；也可以是以是样品台设置有外螺纹，定位本体11的一端设置有与其配合的内螺纹。

又如，在本发明的一些实施例中，定位块1上设置有贯通定位本体11的通孔，样品台设置有内螺纹，螺栓穿过通孔与样品台的内螺纹适配，将定位本体11固定在样品台上。

再如，在本发明的一些实施例中，定位本体11的一端与样品台卡扣连接，更方便定位本体11与样品台的拆卸和组装。

又如，如图3所示，在本发明的一些实施例，样品台3可以设有定位凹槽6，定位本体11的一端适于嵌设于定位凹槽6。在将样品4放置在样品台3上后，可以将定位本体11嵌设在定位凹槽6中，且定位翻边12与样品台3限定出的空间能够固定样品4。

另外，根据本发明的一些实施例，样品台可以设有突出部，定位本体的一端设置有适于与凸起部配合的槽体结构，从而实现定位本体与样品台的可拆卸连接。

根据本发明的一些实施例，如图6所示，定位翻边12朝向样品台的一侧设置有限位块14，限位块14用于在对样品4进行固定时限定样品4的位置，从而可以更好的实现对样品4的定位和对待测点坐标的计算。

在本发明的一些实施例中，定位翻边12朝向样品台的一面设置有软包围结构件。由此，可以避免翻边与样品4的接触面对样品4表面造成破坏。软包围结构件可以是软毛、软胶等。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，定位翻边12朝向样品台的一侧具有第一倒角结构13，第一倒角结构13可以更好的实现对待测样品的固定。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，第一倒角结构13可以设置为斜面，例如，斜面的角度是30°、45°、60°，可以更好的根据样品4厚度等其他数据对待测样品的待测点坐标进行计算。当然，倒角斜面的角度也可以其他角度数值。

根据本发明的一些实施例，定位翻边12上的倒角结构可以设置为弧面。

根据本发明的一些实施例，如图4所示，定位块1位于样品台3的中心，如此设置可以便于确定样品的位置。

根据本发明的一些实施例，样品台还包括固定结构，固定结构用于固定样品。

如图2所示，根据本发明的一些实施例，固定结构包括固定块2，固定块2包括固定本体21和固定翻边22，固定本体21的一端与样品台固定连接，固定本体21的另一端朝向远离样品台的方向延伸，固定翻边22设于本体的另一端的周壁，固定翻边22与样品台限定出用于固定样品4的空间。

需要说明的是，对于固定本体21与样品台的连接方式不作限定，只要将固定本体21固定在样品台上即可。例如，在本发明的一些实施例中，固定本体21的一端与样品台粘接，例如，使用不饱和聚酯树脂胶等粘接。

又如，在本发明的一些实施例，样品台上可以设有滑道，固定本体适于与滑道配合并在滑道内运动，从而可以使得固定结构适配多种形状的样品。

如图2所示，根据本发明的一些实施例，固定结构包括固定块2，固定块2包括固定本体21和固定翻边22，固定本体21的一端与样品台可拆卸的连接，固定本体21的另一端朝向远离样品台的方向延伸，固定翻边22设于本体的另一端的周壁，固定翻边22与样品台限定出用于固定样品4的空间。

需要说明的是，对于固定本体21与样品台的连接方式不作限定，只要实现固定本体21的可拆卸即可。例如，在本发明的一些实施例，固定本体21的一端与样品台螺纹连接，可以是样品台设置有内螺纹，固定本体21的一端设置有与其配合的外螺纹；也可以是以是样品台设置有外螺纹，固定本体21的一端设置有与其配合的内螺纹。

又如，在本发明的一些实施例中，固定块2上设置有贯通固定本体21的通孔，样品台设置有内螺纹，螺栓通过通孔与样品台的内螺纹适配，将固定本体21固定在样品台上。

又如，固定本体21的一端与样品台卡扣连接，更方便固定那个本体与样品台的拆卸和组装。

再如，如图3、4所示，在本发明的一些实施例中，样品台3设有固定凹槽7，固定本体21的一端嵌设于固定凹槽7。在利用定位结构将样品定位于样品台3上后，将固定本体21装配至固定凹槽7中，利用固定翻边22与样品台3限定出的空间固定样品4的边缘。

另外，在本发明的一些实施例，样品台也可以设有突出部，固定本体21接近样品台的一端设置有适于与突出部配合的槽体结构，从而实现固定本体与样品台的可拆卸连接。

如图2所示，根据本发明的一些实施例，固定翻边22朝向样品台3的一侧具有第二倒角结构23，第二倒角结构23可以更好的实现对待测样品的固定。

如图2所示，根据本发明的一些实施例，固定翻边22上的第二倒角结构23可以设置为斜面，例如，斜面的角度是30°、45°、60°，可以更好的根据样品4厚度等其他数据对待测样品的待测点坐标进行计算。当然，倒角斜面的角度也可以其他角度数值。

根据本发明的一些实施例，固定翻边22上的第二倒角结构23可以设置为弧面。

根据本发明的一些实施例，固定翻边22朝向样品台的一面设置有软包围结构件，可以避免翻边与样品4的接触面对样品4表面造成破坏。软包围结构件可以是软毛、软胶等。

如图4-图5所示，根据本发明的一些实施例，固定结构可以包括多个，多个固定结构与定位结构配合，以将多个样品4固定于样品台3。

根据本发明的一些实施例，多个固定结构位于定位结构的周向方向且间隔排布，相邻两个固定结构配合定位结构固定一个样品4。例如，如图4所示，固定结构的个数为4个，分别设置于样品台3中心的上下左右方向，4个固定结构与样品台3中心的距离可以相等，也可以不相等。

如图5所示，根据本发明的一些实施例，样品台3可以为磁性结构，样片台还包括磁片5，磁片5用于将样片固定于样品台3。可以理解的是，磁性结构与磁片磁性连接。例如，样品台3可以为铁，磁片5为磁铁，或者，样品台3为磁铁，磁片5为铁。

下面以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的半峰宽自动化测试工装。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

参考图7，本发明实施例利用光信号处理系统与计算机处理系统配合对待测样品4的半峰宽进行测试，光信号处理系统包括X射线光源、晶体单色器、样品台、分析晶体及X射线探测器。在进行半峰宽测试时，X射线光源发射X光线，X光线经过晶体单色器的几次反射后照射在固定于样品台的待测样品上，X光线经过待测样品的反射照射在分析晶体，经过分析晶体的几次反射，最终被分析晶体附近的X射线探测器所接收，并将光信号转换为电信号后传输至计算机处理系统，计算机处理系统内置计算机控制程序，通过分析测试信号可以实现半峰宽自动化测试。

其中，如图5所示，光信号处理系统中的样品台3上设有用于定位样品4的定位块1、多个固定样品4的固定块2、以及多个磁片5。

如图3所示，样品台3为磁性结构。在样品台3的圆心处设置有一个定位凹槽6，在定位凹槽6的上下左右方向，各设置有四个固定凹槽7。

定位块1用于辅助对待测样品4的待测点坐标进行定位，利用提前设置的坐标系与定位块1的尺寸，通过计算机处理系统可以实现对待测点坐标的计算。

如图1所示，定位块1包括定位本体11和定位翻边12，定位本体11的一端设置有突出部，突出部可以嵌设于定位凹槽6，实现定位块1与样品台3的可拆卸连接；定位本体11的另一端的周壁设置有矩形的定位翻边12。在矩形定位翻边12的四个角设置有第一倒角结构13，第一倒角结构13为45°的斜面结构，用于对待测样品4进行固定。为了防止倒角13与待测样品4表面的接触导致对待测样品4表面的损坏，可以在倒角的斜面上设置有软毛。

如图2所示，固定块2包括固定本体21和固定翻边22，固定本体21的一端设置有突出部，突出部可嵌设于固定凹槽7实现可拆卸的连接，固定本体21的另一端朝向远离样品台3的方向延伸，固定本体21另一端的周壁设置有矩形的固定翻边22，在固定翻边22需要对待测样品4进行固定的两个侧面设置有有第二倒角结构23，第二倒角结构23为45°的斜面结构。为了防止倒角23与待测样品4表面的接触导致对待测样品4表面的损坏，可以在倒角23的斜面上设置有软毛。

在放置样品4后定位块1的倒角13和固定块2的倒角23可以保证样品4不会在测试过程中脱落，同时结合45°的倒角和样品4厚度，通过计算机处理系统能实现精确计算测试位置的定位，精度高达±0.02mm；以穿过样品台3圆心相互垂直的水平线和竖直线作为坐标轴，以作水平和竖直参考。

在需要对待测样品4进行半峰宽测试时，测试具体步骤如下：

步骤A：关闭shutter，打开防护门，如图5所示，利用样品台3、定位块1、4个固定块2、8个磁片5完成对4片待测样品4的固定。具体如图5所示，将定位块1的凸起插入定位凹槽6中，将4个固定块2分别插入样品台3的4个固定凹槽7中。将4片待测样品4边缘分别插入定位块1与四个固定块2的倒角斜面中，在待测样品4没有与定位块1、固定块2接触的边缘使用磁片5对待测样品4进行固定，从而将待测样品4牢固的固定在样品台3，并可以依据提前设置的坐标系与定位块1的尺寸进行待测点的坐标以便后续的半峰宽测试。并根据竖直参考线保证安装位置，关闭防护门；

将样品4固定于样品台3后，打开X射线光源，使单色X射线入射到样品4上，反复调节优化2Theta轴和omega轴使得在满足Bragg衍射的条件下，将会发生衍射强度极大，其原理参考图7。测量X射线衍射光强度在Bragg角附近随入射角的变化，可以得到双晶衍射摇摆曲线，该曲线的峰位所对应的角为Bragg角，该曲线的半峰宽即X射线双晶衍射半峰宽。

X射线双晶衍射半峰宽用来表征单晶材料内部结构的完整性。一般来说，X射线双晶衍射半峰宽值越小，表明材料内部结构完整性越好；X射线双晶衍射半峰宽越大，表明材料内部结构完整性越差。

步骤B：点击“program”中的预先编辑好的程序“adjustZ”，设备自动执行以下操作：转动样品台3和探测器使X射线光源、样品4、探测器共线，样品台3带动样品4从后向前运动，此时探测器接收光源-样品4-探测器光路上的通光量，通光量由最大变为零，软件自动取最大强度1/2处对应的样品台3位置赋值于Z；确定样品台3高度Z；

步骤C：点击“program”中的预先编辑好的计算机控制程序然后开始测试；

通过软件编写实现样品单一待测点的自动测试过程依次包括：

(1)探测器选择，切换到探测器2；2Theta值76.5°：探测器转到76.5°；omega值38.25°：样品台3以竖直轴为轴，俯视样品台3逆时针转动38.25°；测试点坐标(X1，Y1)以样品台3为中心，样品台3移动使得光斑打在(X1，Y1)；

(2)大范围测试omega轴寻找信号(range：1.49°，step size：0.01°，time perstep：0.1s)：样品台3以38.25°为中心，对附近1.49°进行粗略扫描，通过软件的计算拟合找到峰值对应的样品台3角度，样品台3转至该角度；

(3)对omega轴信号进行细测(range：0.098°，step size：0.002°，time per step：0.2s)：以步骤b)中最后的样品台3角度为中心，对其附近的0.098°进行精细扫描，同样将样品台3转至此次峰值对应的角度；

(4)优化测试2Theta信号(range：1.99°，step size：0.001°，time per step：0.2s)：探测器以76.5°为中心，对附近1.99°进行扫描，通过软件的计算拟合找到峰值对应的探测器角度，探测器转至该角度；

(5)细测omega轴信号：再次执行步骤c)，保存数据；

(6)读取半峰宽数据；将1-5步骤设定作为一个模块A。

更改测试点坐标(X1，Y1)(X2，Y2)(X3，Y3)(X4，Y4)(X5，Y5)，按照模块A的操作分别对五个测试点进行测量。将对应的5个坐标的测试过程组合设定为模块B。

步骤D：通过计算机处理系统读取各个样片上各个点的测试结果。

采用本发明的技术方案，通过计算机处理系统软件中提前设置的控制程序可以实现对待测样品的自动化测试，摆脱了手动操作，简化了手动操作需要反复优化的过程；使用定位块与固定块配合可以实现对多片样品4的固定，且能够对多片样品4的测试点进行精确定位，大幅度提升了测试效率。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本说明书的描述中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

Claims (10)

1.一种半峰宽自动化测试工装，其特征在于，包括：

光信号处理系统，用于基于样品生成测试信号，所述光信号处理系统中的样品台包括用于定位样品的定位结构；

计算机处理系统，与所述光信号处理系统通信连接，用于接收所述测试信号，并基于所述测试信号，实现半峰宽自动化测试；

所述光信号处理系统包括X射线光源、晶体单色器、样品台、分析晶体及X射线探测器；在进行半峰宽测试时，X射线光源发射X光线，X光线经过晶体单色器的几次反射后照射在固定于样品台的待测样品上，X光线经过待测样品的反射照射在分析晶体，经过分析晶体的几次反射，最终被分析晶体附近的X射线探测器所接收，并将光信号转换为电信号后传输至计算机处理系统，计算机处理系统内置计算机控制程序，通过分析测试信号实现半峰宽自动化测试；

所述计算机处理系统用于控制所述光信号处理系统自动执行以下操作：转动样品台和X射线探测器使X射线光源、待测样品、X射线探测器共线，样品台带动待测样品从后向前运动，此时X射线探测器接收X射线光源、待测样品、X射线探测器光路上的通光量，通光量由最大变为零，自动取最大强度1/2处对应的样品台位置赋值于Z；确定样品台高度Z；执行样品单一待测点的自动测试。

2.如权利要求1所述的半峰宽自动化测试工装，其特征在于，所述定位结构包括：定位块，所述定位块包括定位本体和定位翻边，所述定位本体的一端与所述样品台可拆卸的连接，所述定位本体的另一端朝向远离所述样品台的方向延伸，所述定位翻边设于所述定位本体的另一端的周壁，所述定位翻边与所述样品台限定出用于定位所述样品的空间。

3.如权利要求2所述的半峰宽自动化测试工装，其特征在于，所述定位翻边朝向所述样品台的一侧具有倒角结构。

4.如权利要求2所述的半峰宽自动化测试工装，其特征在于，所述样品台设有定位凹槽，所述定位本体的一端嵌设于所述定位凹槽。

5.如权利要求2-4中任一项所述的半峰宽自动化测试工装，其特征在于，所述定位块位于所述样品台的中心。

6.如权利要求1所述的半峰宽自动化测试工装，其特征在于，所述样品台还包括固定结构，所述固定结构用于固定所述样品。

7.如权利要求6所述的半峰宽自动化测试工装，其特征在于，所述固定结构包括固定块，所述固定块包括固定本体和固定翻边，所述固定本体的一端与所述样品台可拆卸的连接，所述固定本体的另一端朝向远离所述样品台的方向延伸，所述固定翻边设于所述本体的另一端的周壁，所述固定翻边与所述样品台限定出用于固定所述样品的空间。

8.如权利要求6所述的半峰宽自动化测试工装，其特征在于，所述固定结构包括多个，多个所述固定结构与所述定位结构配合，以将多个样品固定于所述样品台。

9.如权利要求8所述的半峰宽自动化测试工装，其特征在于，多个所述固定结构位于所述定位结构的周向方向且间隔排布，相邻两个所述固定结构配合所述定位结构固定一个样品。

10.如权利要求1所述的半峰宽自动化测试工装，其特征在于，所述样品台为磁性结构，所述样品台还包括磁片，所述磁片用于将所述样品固定于所述样品台。