CN215575491U - 一种测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型关于一种测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置，涉及半导体器件领域，包括悬臂机构、基底台和IV曲线的测量装置，所述悬臂机构设置有导向柱，所述导向柱设置在基底台上，所述导向柱和基底台滑动连接，所述悬臂机构、基底台均与IV曲线的测量装置电连接。本实用新型使用简单，能够在不破坏半导体材料的前提上，测量出该半导体材料的挠曲电系数的装置。

Description

一种测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置

技术领域

本实用新型涉及半导体器件领域，具体为一种测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置。

背景技术

挠曲电效应，即由应变梯度或者不均匀应变造成的极化强度。由于宏观尺寸下应变梯度很小，因此产生的挠曲电效应非常小，往往被忽略不计。而随着微纳米技术的发展，很多结构都在微纳米结构中发生变形等，此时得到的应变梯度非常大，可达到10^-6m，此时挠曲电带来的极化贡献不能被忽略。而决定挠曲电效应的大小的主要因素，除了上述提及的结构中的应变梯度外，就是材料固有的挠曲电系数。

半导体材料在集成电路、通信系统和光伏发热等方面都有着重要的作用，并在微纳米尺寸里有着非常广泛的应用。由于半导体材料也属于介电材料，在结构发生形变时，其由于挠曲电效应产生的极化强度对结构和器件也发挥着重要的作用，现有的测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置大都结构复杂，且测量过程中会造成半导体材料的破坏。

因此，如何提供一种使用简单，能够在不破坏半导体材料的前提下，测量出该半导体材料的挠曲电系数的装置，是本领域技术人员需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于在此提供一种半导体材料的挠曲电系数的测量装置，具体为一种测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置，以解决上述问题。

为达上述目的，本实用新型提供一种测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置，包括悬臂机构、基底台和IV曲线的测量装置，所述悬臂机构设置有导向柱，所述导向柱设置在基底台上，所述导向柱和基底台滑动连接，所述悬臂机构、基底台均与IV曲线的测量装置电连接。

进一步的，所述悬臂机构还包括压电片、外接电源和导电球状探针，所述悬臂梁下表面的一端安装在导向柱上，所述悬臂梁下表面的另一端安装有导电球状探针，所述压电片设置在悬臂梁的上表面，所述压电片、导电球状探针和外接电源电连接。

进一步的，所述基底台包括固定台、夹臂和电极，所述固定台和夹臂滑动连接，所述电极安装在夹臂上。

进一步的，所述固定台和夹臂之间设置有滑轨。

进一步的，所述导电球状探针的端部半径为纳米级别。

进一步的，所述导电球状探针的端部半径依据测量样品的弹性刚度确定。

进一步的，所述悬臂机构的材质根据测量样品的弹性刚度选择。

进一步的，待测的半导体材料为非压电特性的半导体材料。

进一步的，所述待测半导体材料为表面平整的块状结构。

本实用新型使用简单，当悬臂机构上的导电球状探针接触到被测的非压电型半导体材料表面，即形成闭合回路时，通过IV曲线的测量装置即可得到该闭合回路的I-V曲线。在不破坏材料的前提下，通过压电片驱动调控悬臂梁的下压变形情况来改变导电球状探针对半导体下压深度，从而在接触表面处产生不同的应变梯度，将挠曲电效应与I-V曲线相结合，测量出该半导体材料的挠曲电系数。

附图说明

图1为本实用新型立体结构示意图。

图2为本实用新型的基底台结构的装配流程图。

图3为本实用新型悬臂梁与导向柱、导电球状探针的分解图。

其中，1.悬臂梁；2.导向柱；3.压电片；4.外接电源；5.导电球状探针；6.固定台；7.滑轨；8.夹臂；9.电极；10.IV曲线的测量装置。

具体实施方式

为达成上述目的及功效，本实用新型所采用的技术手段及构造，结合附图就本实用新型较佳实施例详加说明其特征与功能。

实施例

如图1-3所示，本实用新型中提供了一种测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置，包括悬臂机构、基底台和IV曲线的测量装置，悬臂机构设置有导向柱2，导向柱2设置在基底台上，导向柱2和基底台滑动连接，悬臂机构、基底台均与IV曲线的测量装置10电连接。

悬臂机构还包括悬臂梁1、压电片3、外接电源4和导电球状探针5，悬臂梁1下表面的一端安装在导向柱2上，悬臂梁1下表面的另一端安装有导电球状探针5，压电片3设置在悬臂梁1的上表面，压电片3、导电球状探针5和外接电源4电连接，导电球形探针5必须具有良好的导电性和重复性，且需要较小的端部半径，为纳米级别，导电球状探针5可以根据测量样品的弹性刚度来确定其半径大小，导电球状探针不能破坏被测材料的表面，悬臂梁可以根据测量样品的弹性刚度选择不同材料。

基底台包括固定台6、夹臂8和电极9，固定台6和夹臂8之间设置有滑轨7，方便放置、固定所测样品，电极9安装在夹臂8上，基底台上放置的电极面积需远大于探针的接触面积。

待测的半导体材料为非压电特性的半导体材料，待测半导体材料为表面平整的块状结构。

对压电片3施加电压，压电片3由于逆压电效应产生形变，带动悬臂梁1发生弯曲。悬臂梁1的挠度可由施加的电压计算出来，且悬臂梁1的挠度即为导电球状探针5接触被测样品表面时的下压深度。使用Hertz接触公式，可以计算出导电球状探针5按压半导体时下压深度跟样品表面出现的应变梯度的关系。通过理论计算可以发现，仅存在S_11,3、S_22,3和S_33,3，且在接触中心位置，存在S_11,3＝S_22,3。

在确定好导电球状探针5下压的深度之后，可由IV曲线测试仪测出该闭合回路的I-V曲线。并使用下列公式进行拟合：

其中：A^*为热电子发射的有效理查森常数，A为针尖和样品的接触面积，T为开尔文温度，e为电子电荷量，k为玻尔兹曼常数，φ_Bp为肖特基势垒高度，α是修正系数，V为电压，其大小表示挠曲电场对有效偏置电压的影响程度。

考虑挠曲电效应，并假设其会影响等效肖特基势垒高度，则挠曲电效应对等效肖特基势垒高度的影响值为：

φ_Bp＝φ_Bp0+φ_flex

其中：φ_Bp0是无挠曲电效应时的肖特基势垒高度，φ_flex是挠曲电效应带来的肖特基势垒高度。

由电极化强度和肖特基势垒的关系可知：

当应变梯度和电极化强度已知时，则可以利用

P₃＝2μ₁₁₃₃S_11,3+μ₃₃₃₃S_33,3

求得该非压电型半导体的挠曲电系数。

本实用新型使用简单，能够在不破坏半导体材料的前提下，通过压电片驱动调控悬臂梁的下压变形情况来改变探针对半导体下压深度，从而在接触表面处产生不同的应变梯度，将挠曲电效应与I-V曲线相结合，进而实现方便、快捷地实现半导体材料挠曲电系数的直接测量。

以上所述，仅是本实用新型较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置，其特征在于，包括悬臂机构、基底台和IV曲线的测量装置，所述悬臂机构设置有导向柱，所述导向柱设置在基底台上，所述导向柱和基底台滑动连接，所述悬臂机构、基底台均与IV曲线的测量装置电连接。

2.如权利要求1所述的一种测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置，其特征在于，所述悬臂机构还包括悬臂梁、压电片、外接电源和导电球状探针，所述悬臂梁下表面的一端安装在导向柱上，所述悬臂梁下表面的另一端安装有导电球状探针，所述压电片设置在悬臂梁的上表面，所述压电片、导电球状探针和外接电源电连接。

3.如权利要求1所述的一种测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置，其特征在于，所述基底台包括固定台、夹臂和电极，所述固定台和夹臂滑动连接，所述电极安装在夹臂上。

4.如权利要求3所述的一种测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置，其特征在于，所述固定台和夹臂之间设置有滑轨。

5.如权利要求2所述的一种测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置，其特征在于，所述导电球状探针的端部半径为纳米级别。

6.如权利要求5所述的一种测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置，其特征在于，所述导电球状探针的端部半径依据测量样品的弹性刚度确定。

7.如权利要求2所述的一种测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置，其特征在于，所述悬臂梁的材质根据测量样品的弹性刚度选择。

8.如权利要求1所述的一种测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置，其特征在于，待测的半导体材料为非压电特性的半导体材料。

9.如权利要求8所述的一种测量非压电型半导体材料的挠曲电系数的装置，其特征在于，所述待测半导体材料为表面平整的块状结构。

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