CN204925182U - 一种高温四探针测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高温四探针测量系统，其包括真空气氛炉、四探针夹具模块、电动升降模块、真空泵、控制器、温控器、探针引线、测试仪表以及PC机；其中，所述四探针夹具模块能够插入真空气氛炉内；所述电动升降模块连接并驱动四探针夹具模块升降；所述真空泵和真空气氛炉连接，并能将真空气氛炉抽真空；所述控制器一端连接真空泵，另一端连接PC机；所述温控器一端延伸入真空气氛炉，另一端连接PC机；所述探针引线连接四探针夹具模块和控制器；所述控制器和PC机之间连接有一测试引线，于测试引线上安装有测试仪表。本实用新型的高温四探针测量系统具有密封性好，抗氧化性好，且适合室温至600℃连续升温测试等诸多优点。

Description

一种高温四探针测量系统

技术领域

本实用新型涉及一种材料电学性能检测设备，具体涉及一种高温四探针测量系统，属于材料测试设备技术领域。

背景技术

四探针测量系统运用四探针测量原理的多用途综合测量设备。该仪器按照单晶硅物理测试方法国家标准并参考美国A.S.T.M标准而设计的，专用于测试变温、真空及气氛条件下测试半导体材料电学性能的最佳测量系统。

目前国内市场上已有常温条件下使用的四探针测试系统，但是该系统只能在室温条件下使用，不能测试升温条件下样品的数据变化。部分科研机构的人员采用先将样品在管式炉里面升温至某一阶段温度后，取出样品在常温四探针下测试，这样的步骤即繁琐，又不能精确测量温度，当温度过高突然将样品取出来也会损伤样品。普通探针在高温下会氧化而不导电、在高温下又需要有弹性、对多晶硅等高温易氧化的样品，这些问题都是需要解决的技术问题。国内市场上也未出现更好的测试仪器。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的高温四探针测量系统，以克服现有技术中的所述缺陷。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种密封性好、抗氧化性好、且适合室温～600℃连续升温测试的高温四探针测量系统。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种高温四探针测量系统，其包括真空气氛炉、四探针夹具模块、电动升降模块、真空泵、控制器、温控器、探针引线、测试仪表以及PC机；其中，所述四探针夹具模块能够插入真空气氛炉内；所述电动升降模块连接并驱动四探针夹具模块升降；所述真空泵和真空气氛炉连接，并能将真空气氛炉抽真空；所述控制器一端连接真空泵，另一端连接PC机；所述温控器一端延伸入真空气氛炉，另一端连接PC机；所述探针引线连接四探针夹具模块和控制器；所述控制器和PC机之间连接有一测试引线，于测试引线上安装有所述测试仪表。

本实用新型的高温四探针测量系统进一步设置为：所述四探针夹具模块包括探针、探针绝缘板、绝热陶瓷、密封盖、绝缘样品台以及锁紧螺杆；其中，所述探针竖直安装于探针绝缘板上；所述绝热陶瓷套设在探针绝缘板外，并安装于密封盖上；所述绝缘样品台安装在绝热陶瓷套的底部，其和探针相对设置；所述锁紧螺杆螺接于密封盖上，其能和真空气氛炉螺接。

本实用新型的高温四探针测量系统进一步设置为：所述探针为碳化钨材质的探针。

本实用新型的高温四探针测量系统进一步设置为：所述密封盖内设有减震弹簧，顶部设有一和电动升降模块连接的连接件。

本实用新型的高温四探针测量系统还设置为：所述真空泵上设有真空阀；所述真空气氛炉上连接有气氛阀；所述真空阀和气氛阀分别连接至控制器。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1.本实用新型的高温四探针测量系统弥补了四探针的高温段的空白，并按照国标测量方法在高温中运用确保了测量的稳定性。

2.本实用新型的高温四探针测量系统的四探针夹具模块采用模块化设计，探针采用碳化钨材质并利用真空解决了高温氧化问题，保证了探针与试样的良好接触性并能长时间在400℃中工作。

3.本实用新型的高温四探针测量系统的四探针夹具模块、电动升降模块具完美结合，在减震弹簧与锁紧螺杆的作用下，由PC控制升降并完美的达到密封效果，操作更加简便。

4.本实用新型的高温四探针测量系统的真空气氛炉采用真空标准制作，具有很好的绝热效果和整体密封性，保证了长期可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的高温四探针测量系统的结构示意图。

图2是图1中的四探针夹具模块的结构示意图。

具体实施方式

请参阅说明书附图1和附图2所示，本实用新型为一种高温四探针测量系统，其由真空气氛炉1、四探针夹具模块2、电动升降模块3、真空泵4、控制器5、温控器6、探针引线7、测试仪表8以及PC机9等几部分组成。

其中，所述真空气氛炉1采用真空标准制作，具有很好的绝热效果和整体密封性，保证了长期可靠性。于所述真空气氛炉1上连接有气氛阀11。

所述四探针夹具模块2能够插入真空气氛炉1内，其由括探针21、探针绝缘板22、绝热陶瓷23、密封盖24、绝缘样品台25以及锁紧螺杆26等几部分组成。

其中，所述探针21竖直安装于探针绝缘板22上，其为碳化钨材质的探针21，具有良好的抗氧化性和耐高温性。所述绝热陶瓷23套设在探针绝缘板22外，并安装于密封盖24上。所述绝缘样品台25上可放置试样，其安装在绝热陶瓷套23的底部，并和探针21相对设置，保证了探针21与试样的良好接触性。所述锁紧螺杆26螺接于密封盖24上，其能和真空气氛炉1螺接，以实现四探针夹具模块2和真空气氛炉1的密封连接。

进一步地，所述密封盖24内设有减震弹簧27，该减震弹簧27能够减轻试样的震动。所述密封盖24顶部设有一和电动升降模块3连接的连接件28，从而方便四探针夹具模块2和电动升降模块3连接。

所述电动升降模块3连接并驱动四探针夹具模块2升降。

所述真空泵4和真空气氛炉1连接，并能将真空气氛炉1抽真空。所述真空泵4上设有真空阀41；所述真空阀41和气氛阀11分别连接至控制器5。

所述控制器5一端连接真空泵4，另一端连接PC机9。所述控制器5和PC机9之间还连接有一测试引线10，于测试引线10上安装有所述测试仪表8。

所述温控器6一端延伸入真空气氛炉1，另一端连接PC机9。

所述探针引线7连接四探针夹具模块2和控制器5，具体的说，探针引线7连接至四探针夹具模块2的探针21。

本实用新型的高温四探针测量系统的工作原理如下：1)将样品放入四探针夹具模块2中；2)电动升降模块3将四探针夹具模块2放入真空气氛炉1中；3)真空阀41、真空泵4启动，达到一定真空度后真空阀41、真空泵4停止；4)气氛阀42启动，真空气氛炉1中充入小于0.1MPa氮气；5)真空气氛炉开始升温，温控器6进行温度采样；6)PC机9控制测试仪表8对试样进行升温采样。

本实用新型的高温四探针测量系统的优点如下：

1、HRMS-800高温四探针测量系统采用一体化集成设计，触摸屏直接操作或远程PC端操作，操作直观方便；

2、进口纤维一体开模铸造的高温炉膛，高温可达1000℃；超温报警电路设计，确保炉膛不易烧坏；

3、炉膛密封结构设计，手动升降台，将样品和电极夹具一起沉入高温炉，以O圈密封。可实现抽真空和充气氛，保证探针在高温下不氧化；

4、真空位移夹具可将探针在真空、气氛条件下进行上下调节，使探针轻轻接触样品，同时半球状探针针尖设计，避免探针划破薄膜。自动调节施加在样品的测试电压，探针和薄膜接触不会产生电火花现象。碳化钨探针，最高耐温600℃。可实现纯净气氛条件下的测量，样品不受空气影响。炉膛密封结构设计，保证探针在高温下不氧化；测量温度：室温至600℃；

5、耐高温四探针夹具和双电测测量：避免测量结果受样品大小，探针间距等影响；

6、可配套使用Keithley2400源表；如果需要测量范围扩展的话，可以配置Keithley2182纳伏表，可以测量更低的半导体或导体材料；

7、无需手动操作Keithley2400源，全自动测试；夹具良好接触，自带探针自检功能，薄膜均匀性测试功能；

8、控温和测温采用同一个传感器，保证样品每次采集的温度都是样品实际温度。通过已知样品的居里温度校准测温传感器，避免样品因导热性能不同带来测量的误差；

9.软件已经集成所有与薄膜相关的电学性能测试功能。

本实用新型的高温四探针测量系统的具体应用如下：1)高温、真空及气氛条件下测试半导体材料电学性能；2)常温，变温，恒温条件下半导体材料薄层方块电阻和薄片电阻率的测量；3)测量硅、锗单晶(棒料、晶片)电阻率、测定硅外延层、扩散层和离子注入层的方块电阻以及测量导电玻璃(ITO)和其它导电薄膜的方块电阻；4)与美国Keithley2400源表配套测量半导体材料。导电材料：导电陶瓷、石墨；

本实用新型的高温四探针测量系统的性能参数如下：

1、测量温度：室温---600℃；控温精度：±1℃；

2、升温斜率：1-5℃/min；电阻率：10-5～105Ω.cm；

3、电导率：10-5～105s/cm；方块电阻：10-4～106Ω/□；电阻：10-5～105Ω；

4、真空度：10Pa(标配)，高真空另选；

5、可测半导体材料尺寸：薄膜直径：Φ15～30mm；

6、探针间距：2±0.01mm；探针压力:0～2kg可调,最大压力约2kg。

以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高温四探针测量系统，其特征在于：包括真空气氛炉、四探针夹具模块、电动升降模块、真空泵、控制器、温控器、探针引线、测试仪表以及PC机；其中，所述四探针夹具模块能够插入真空气氛炉内；所述电动升降模块连接并驱动四探针夹具模块升降；所述真空泵和真空气氛炉连接，并能将真空气氛炉抽真空；所述控制器一端连接真空泵，另一端连接PC机；所述温控器一端延伸入真空气氛炉，另一端连接PC机；所述探针引线连接四探针夹具模块和控制器；所述控制器和PC机之间连接有一测试引线，于测试引线上安装有所述测试仪表。

2.如权利要求1所述的高温四探针测量系统，其特征在于：所述四探针夹具模块包括探针、探针绝缘板、绝热陶瓷、密封盖、绝缘样品台以及锁紧螺杆；其中，所述探针竖直安装于探针绝缘板上；所述绝热陶瓷套设在探针绝缘板外，并安装于密封盖上；所述绝缘样品台安装在绝热陶瓷套的底部，其和探针相对设置；所述锁紧螺杆螺接于密封盖上，其能和真空气氛炉螺接。

3.如权利要求2所述的高温四探针测量系统，其特征在于：所述密封盖内设有减震弹簧，顶部设有一和电动升降模块连接的连接件。

4.如权利要求2所述的高温四探针测量系统，其特征在于：所述探针为碳化钨材质的探针。

5.如权利要求1所述的高温四探针测量系统，其特征在于：所述真空泵上设有真空阀；所述真空气氛炉上连接有气氛阀；所述真空阀和气氛阀分别连接至控制器。