CN207623414U - 一种精确进针的四探针测试仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种精确进针的四探针测试仪，通过其进针监控系统中的显微镜对进针进行监控，从而实现精确进针，可避免探针扎破薄膜型的待测样品而发生误测，所述四探针测试仪可通过其真空系统为待测样品提供高真空环境，而且其配置的温控系统能在稳定且连续的温度变化下，对待测样品进行加热，从而能精确且便捷地测出待测样品的在温度变化下的方阻、电阻率和电阻温度系数等电学性能参数。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种四探针测试仪,尤其涉及一种精确进针的四探针测试仪。
背景技术
目前的市场上的四探针测试仪的功能较为单一，普遍无法实现真空的测量环境，且缺少配套的加热装置，尤其无法满足相变型材料的电阻测量，而当需要利用这类四探针测试仪对薄膜型材料的方阻、电阻率、电阻温度系数(TCR) 等电学性能参数进行测量时，由于薄膜型材料的厚度较小，一般仅为几十纳米到一百纳米左右，故四探针测试仪的探针极易扎破薄膜，使其误测到基底的电学性能参数。
实用新型内容
鉴于现有技术的不足，本实用新型提供了一种精确进针的四探针测试仪，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本实用新型采取了以下的技术方案：
一种精确进针的四探针测试仪，包括测量系统、进针监控系统、真空系统和温控系统，其中，所述测量系统包括载物台、四探针模块、探针控制台和驱动电机，所述载物台用于承载待测样品，所述四探针模块包括四个探针、分别连接在相邻两个探针上的恒流源以及分别连接在另外两个探针上的电压表，所述探针控制台的数目为四个，所述四个探针分别一一对应地固定在四个探针控制台上，所述探针控制台用于在所述驱动电机的驱动下，控制所述四探针模块测量所述待测样品。所述进针监控系统包括显微镜，所述显微镜用于对所述四探针模块的进针进行观测。所述真空系统包括密封腔体和机械泵，所述载物台容纳于所述密封腔体内，所述机械泵连接在所述密封腔体上，用于调节所述密封腔体内的气压。所述温控系统包括热源，所述热源与所述载物台连接，用于通过所述载物台对所述待测样品进行加热。
优选地，所述进针监控系统还包括与所述显微镜电性连接的显示屏，所述显微镜通过采集所述四探针模块进针的图像信息，并将所述图像信息发送至所述显示屏上进行显示。
优选地，所述进针监控系统还包括分别与所述显示屏和驱动电机电性连接的主控制模块，所述主控制模块用于对所述四探针模块进针的图像信息进行分析，获得所述四探针模块的探针与所述待测样品的表面之间的距离信息，并根据所述距离信息控制所述驱动电机对所述探针控制台的驱动。
优选地，所述密封腔体上设置有透明观测窗，用于供所述显微镜的观测视野透过所述密封腔体。
优选地，所述密封腔体的内部空间中设置有照明灯具。
优选地，所述显微镜为金相显微镜。
优选地，所述探针控制台上设置有三个微调旋钮，三个所述微调旋钮分别用于控制所述探针控制台在三维方向上的移动。
优选地，所述真空系统还包括气压计，所述气压计连接在所述密封腔体上，与所述密封腔体的内部空间连通。
优选地，所述真空系统还包括空气阀，所述空气阀连接在所述密封腔体上，与所述密封腔体的内部空间连通。
优选地，所述温控系统还包括热电偶和加热控制模块，所述热电偶连接在所述载物台上，用于测定所述待测样品的温度，所述加热控制模块分别与所述热源和热电偶电性连接，用于通过调节所述热源的电流，以调节所述待测样品的升温速率。
本实用新型提供的一种精确进针的四探针测试仪，通过其进针监控系统中的显微镜对进针进行监控，从而实现精确进针，避免了探针扎破薄膜型的待测样品而发生误测，所述四探针测试仪可通过其真空系统为待测样品提供高真空环境，而且其配置的温控系统能在稳定且连续的温度变化下，对待测样品进行加热，从而能精确且便捷地测出待测样品的在温度变化下的方阻、电阻率和电阻温度系数等电学性能参数。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种精确进针的四探针测试仪的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的四探针测试仪的结构框图；
图3是所述四探针测试仪中的探针控制台的结构示意图；
图4是所述四探针测试仪中的悬臂的结构示意图；
图5是本实施例中对VOX多晶混合物薄膜从室温加热至100℃再进行自然冷却获得的方阻温度曲线图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本实用新型的实施方式仅仅是示例性的，并且本实用新型并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
参照图1-图4所示，本实用新型实施例提供了一种精确进针的四探针测试仪，包括测量系统1、进针监控系统2、真空系统3和温控系统4，其中，
所述测量系统1包括载物台11、四探针模块12、探针控制台13和驱动电机14，所述载物台11用于承载待测样品10，所述四探针模块12包括四个探针 121、分别连接在相邻两个探针121上的恒流源122以及分别连接在另外两个探针上的电压表123，所述探针控制台13的数目为四个，所述四个探针121分别一一对应地固定在四个探针控制台13上，所述驱动电机14的数目也为四个，与四个探针控制台13一一对应，所述探针控制台13用于在所述驱动电机14的驱动下，控制所述四探针模块12测量所述待测样品10的方阻、电阻率和电阻温度系数等电学性能参数；
所述进针监控系统2包括显微镜，所述显微镜用于对所述四探针模块12的进针进行观测；
所述真空系统3包括密封腔体31和机械泵32，所述载物台11容纳于所述密封腔体31内，所述机械泵32连接在所述密封腔体31上，用于调节所述密封腔体31内的气压；
所述温控系统4包括热源41，所述热源41与所述载物台11连接，用于通过所述载物台11对所述待测样品10进行加热。
本实施例提供的所述四探针测试仪，通过其进针监控系统2中的显微镜对四探针模块12的进针进行观测，根据从显微镜中观测到的图像，可以准确地获得各个探针121与待测样品10的表面之间的距离，据此依次通过所述驱动电机 14和探针控制台13对各个探针121的进针动作进行控制，确保了各个探针121 可以实现精准进针，避免了探针121扎破薄膜型的待测样品10而发生误测。所述四探针测试仪配置的真空系统3中，可通过机械泵32抽离所述密封腔体31 中的空气，为待测样品10提供高真空环境。而所述四探针测试仪配置的温控系统4中，可利用热源41通过所述载物台11间接对所述待测样品10进行加热，所述四探针测试仪可便捷地改变待测样品10的温度，以测量在温度变化下相变材料的方阻和电阻率等各项电学性能参数。
进一步地，所述进针监控系统2还包括与所述显微镜电性连接的显示屏22，所述显微镜通过采集所述四探针模块12进针的图像信息，并将所述图像信息发送至所述显示屏22上进行显示。本实施例中，通过所述显示屏22实时显示所述四探针模块12进针的图像信息，方便对各个探针121的进针进行监控，时刻将各个探针121与待测样品10的表面之间的距离维持在合适的范围之内。
更进一步地，所述进针监控系统2还包括分别与所述显示屏22和驱动电机 14电性连接的主控制模块，所述主控制模块用于对所述四探针模块12进针的图像信息进行分析，获得所述四探针模块12的探针121与所述待测样品10的表面之间的距离信息，并根据所述距离信息控制所述驱动电机14对所述探针控制台13的驱动。
在本实施例中，示例性地，所述显示屏22可与所述主控制模块集成于计算机中，当所述四探针模块12进行进针时，所述显微镜采集所述四探针模块12 的各个探针121进针的图像信息，并将该图像信息发送至所述计算机，所述计算机对所述图像信息进行分析，获得各个探针121分别与待测样品10的表面之间的距离信息，所述计算机根据各个探针121对应的距离信息，分别控制各个驱动电机14，各个驱动电机14分别驱动对应的探针控制台13，使各个探针121 移动至合适的位置，确保各个探针121不会扎穿待测样品10，实现了探针121自动精准进针，提高了测量效率。本实施例中，所述驱动电机14可优选采用制动精确的伺服电机。
具体地，所述显微镜为金相显微镜。利用金相显微镜可对一般仅为几十纳米到一百纳米左右的薄膜型待测样品进行高精度的观测，提高所述四探针测试仪的进针精度。
具体地，所述密封腔体31上设置有透明观测窗311，用于供所述显微镜的观测视野透过所述密封腔体31。在本实施例中，所述透明观测窗311开设于所述待测样品10的表面所在的水平面上，使所述显微镜的观测方向垂直于所述四探针模块12的进针方向。
具体地，为了避免所述密封腔体31内的光线不足而影响所述显微镜的观测，所述密封腔体31的内部空间中设置有照明灯具312。
结合图3和图4所示，在本实施例中，所述探针控制台13上设置有螺钉孔 132，所述探针控制台13对应的探针121通过螺钉固定在呈圆柱形的悬臂133 一端的凹槽133a内，所述悬臂133的另一端通过螺钉固定在所述探针控制台13 在对应位置的螺钉孔132上，实现对应的探针121在探针控制台13的控制下完成精准进针。
进一步地，所述探针控制台13上设置有三个微调旋钮131，三个所述微调旋钮131分别用于控制所述探针控制台13在三维方向上的移动。即可通过手动调节所述微调旋钮131，对所述探针控制台13的在三维方向上的位置进行微调，进而对对应探针121的位置进行微调。
具体地，所述真空系统3还包括气压计33，所述气压计33连接在所述密封腔体31上，与所述密封腔体31的内部空间连通。所述气压计33用于对所述密封腔体31的内部空间的气压进行精准的测量。
具体地，所述真空系统3还包括空气阀，所述空气阀连接在所述密封腔体 31上，与所述密封腔体31的内部空间连通。
具体地，所述温控系统4还包括热电偶42和加热控制模块43，所述热电偶 42连接在所述载物台11上，用于测定所述待测样品10的温度，所述加热控制模块43分别与所述热源41和热电偶42电性连接，用于通过调节所述热源41 的电流，以调节所述待测样品10的升温速率。其中，所述热电偶42上还连接有滤波器。
所述热源41通过加热线连接到所述载物台11中，凭借所述加热控制模块 43调节所述热源41通入电流的大小，以此调节所述待测样品10的升温速率，使得能在稳定且连续的温度变化下，对所述待测样品10进行加热，从而能精确且便捷地测出待测样品10的在温度变化下的方阻、电阻率和电阻温度系数等电学性能参数，尤其是针对相变型的薄膜材料作为待测样品10，能有效提高测量效率。另外，所述热电偶42连接在所述载物台11上，通过非接触的形式测量所述待测样品10的温度，避免了对所述待测样品10的污染。在本实施例中，所述热源41能将待测样品10从室温加热至500℃。
在本实施例中，所述密封腔体31上设置有多个真空电极法兰34，所述恒流源122、电压表123、驱动电机14、气压计33、热源41和热电偶42的接线分别通过对应位置的真空电极法兰34进入所述密封腔体31的内部空间中。
上述四探针测试仪的测量系统1中，所述载物台11和探针控制台13设置于支架15上，所述支架15设置于所述密封腔体31的底座上，所述底座的边缘凸出且呈圆形，所述机械泵32和气压计33通过所述底座上的通孔，与所述密封腔体31的内部空间连通。
如图5所示，已知单晶二氧化钒VO2的理论相变温度为68℃，在本实施例中，以主要成分为二氧化钒VO2的VOX多晶混合物薄膜作为所述待测样品10，该待测样品10的膜厚约为100nm，以采用钨钢材质的探针121的上述四探针测试仪对该待测样品10进行测量，在真空度为-2Pa条件下，通过所述进针监控系统2精确地将所述探针121搭接于待测样品10的表面上，再利用加热控制模块 43将待测样品10的升温速率调节为1.5℃/min，对待测样品10从约25℃的室温加热到100℃，实时记录各个测试时间点对应电压表123的示数，计算出待测样品10在各个测试时间点对应的方阻，最终可绘制出与材料表征相符合的方阻温度曲线图，其中，虚线的曲线代表了将待测样品10从室温加热到100℃的方阻变化，实线的曲线代表了待测样品10从100℃经过自然冷却至室温的方阻变化。
上述四探针模块12以方形四探针法对待测样品10进行测量，四个所述探针121分别与所述待测样品10的表面接触，所述四个探针121与所述待测样品 10的接触点之间形成矩形，通过恒流源122对其中两个探针121通以恒定的电流，利用电压表123测量另外两个探针121上的电压，根据获得的电压与电流的数值，便可计算出待测样品10对应的方阻。另外，实际所述四探针模块12 还能以直线四探针法对待测样品10进行测量，所述四个探针121与所述待测样品10的接触点之间排在同一直线上1，通过恒流源122对外侧的两个探针121 通以恒定的电流，电压表123接在内侧的两个探针121上，以上所述四探针模块12的测量方法属于现有技术范畴，此处不再赘述。
综上所述，本实施例提供的一种精确进针的四探针测试仪，通过其进针监控系统2中的显微镜对进针进行监控，从而实现精确进针，避免了探针121扎破薄膜型的待测样品10而发生误测，所述四探针测试仪可通过其真空系统3为待测样品10提供高真空环境，而且其配置的温控系统4能在稳定且连续的温度变化下，对待测样品10进行加热，从而能精确且便捷地测出待测样品10的在温度变化下的方阻、电阻率和电阻温度系数等电学性能参数。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，对于这些改动和润饰，也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种精确进针的四探针测试仪，其特征在于，包括测量系统(1)、进针监控系统(2)、真空系统(3)和温控系统(4)，其中，
所述测量系统(1)包括载物台(11)、四探针模块(12)、探针控制台(13)和驱动电机(14)，所述载物台(11)用于承载待测样品(10)，所述四探针模块(12)包括四个探针(121)、分别连接在相邻两个探针(121)上的恒流源(122)以及分别连接在另外两个探针上的电压表(123)，所述探针控制台(13)的数目为四个，所述四个探针(121)分别一一对应地固定在四个探针控制台(13)上，所述探针控制台(13)用于在所述驱动电机(14)的驱动下，控制所述四探针模块(12)测量所述待测样品(10)；
所述进针监控系统(2)包括显微镜，所述显微镜用于对所述四探针模块(12)的进针进行观测；
所述真空系统(3)包括密封腔体(31)和机械泵(32)，所述载物台(11)容纳于所述密封腔体(31)内，所述机械泵(32)连接在所述密封腔体(31)上，用于调节所述密封腔体(31)内的气压；
所述温控系统(4)包括热源(41)，所述热源(41)与所述载物台(11)连接，用于通过所述载物台(11)对所述待测样品(10)进行加热。
2.根据权利要求1所述的四探针测试仪，其特征在于，所述进针监控系统(2)还包括与所述显微镜电性连接的显示屏(22)，所述显微镜通过采集所述四探针模块(12)进针的图像信息，并将所述图像信息发送至所述显示屏(22)上进行显示。
3.根据权利要求2所述的四探针测试仪，其特征在于，所述进针监控系统(2)还包括分别与所述显示屏(22)和驱动电机(14)电性连接的主控制模块，所述主控制模块用于对所述四探针模块(12)进针的图像信息进行分析，获得所述四探针模块(12)的探针(121)与所述待测样品(10)的表面之间的距离信息，并根据所述距离信息控制所述驱动电机(14)对所述探针控制台(13)的驱动。
4.根据权利要求1所述的四探针测试仪，其特征在于，所述密封腔体(31)上设置有透明观测窗(311)，用于供所述显微镜的观测视野透过所述密封腔体(31)。
5.根据权利要求1所述的四探针测试仪，其特征在于，所述密封腔体(31) 的内部空间中设置有照明灯具(312)。
6.根据权利要求1-5任一所述的四探针测试仪，其特征在于，所述显微镜为金相显微镜。
7.根据权利要求1所述的四探针测试仪，其特征在于，所述探针控制台(13)上设置有三个微调旋钮(131)，三个所述微调旋钮(131)分别用于控制所述探针控制台(13)在三维方向上的移动。
8.根据权利要求1所述的四探针测试仪，其特征在于，所述真空系统(3)还包括气压计(33)，所述气压计(33)连接在所述密封腔体(31)上，与所述密封腔体(31)的内部空间连通。
9.根据权利要求1或8所述的四探针测试仪，其特征在于，所述真空系统(3)还包括空气阀，所述空气阀连接在所述密封腔体(31)上，与所述密封腔体(31)的内部空间连通。
10.根据权利要求1所述的四探针测试仪，其特征在于，所述温控系统(4)还包括热电偶(42)和加热控制模块(43)，所述热电偶(42)连接在所述载物台(11)上，用于测定所述待测样品(10)的温度，所述加热控制模块(43)分别与所述热源(41)和热电偶(42)电性连接，用于通过调节所述热源(41)的电流，以调节所述待测样品(10)的升温速率。
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| CN201721792688.7U CN207623414U (zh) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | 一种精确进针的四探针测试仪 |
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| CN201721792688.7U CN207623414U (zh) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | 一种精确进针的四探针测试仪 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN207623414U true CN207623414U (zh) | 2018-07-17 |
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ID=62821280
Family Applications (1)
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| CN201721792688.7U Active CN207623414U (zh) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | 一种精确进针的四探针测试仪 |
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2017
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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