CN219369636U - 变温电阻率测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变温电阻率测试装置，其包括真空室、液氮室、电阻率测试平台、电阻率测试系统；液氮室置于真空室内；液氮室下方的冷头上设有与温度控制系统连接的第一温度传感器、加热棒；电阻率测试平台置于真空罩内，固定在冷头上，其包括样品台、样品架、样品卡、探针台、探针；样品台固定在冷头上；样品卡置于样品台、样品架形成的空腔内，待测试的薄膜样品置于样品卡中；探针台通过限位螺柱与样品架连接；限位螺柱上套有弹簧；探针固定在探针台上，在弹簧的作用下直接与薄膜样品表面接触；电阻率测试系统与探针、第二温度传感器连接。本实用新型能满足从低温到高温的测试需求，且方便更换样品，及实现对薄膜样品的无损检测。

Description

变温电阻率测试装置

技术领域

本实用新型属于半导体材料测试领域，具体涉及一种变温电阻率测试装置，特别适用于80K-700K温度范围内的薄膜材料电阻率的连续测试。

背景技术

纳米结构材料因其量子尺寸效应、小尺寸效应和较大比例的晶界而具有与传统块体材料完全不同的物理化学性质，引起了人们的广泛关注。当颗粒尺寸小于传导电子的平均自由程时，除了被纳米结构材料中的晶内原子散射外，纳米结构材料中的传导电子也被晶界或表面显著地扩散。因此与粗晶块体材料相比，纳米结构材料可能表现出不同的温度电阻率，需要对纳米薄膜材料在低温到高温的电阻率进行测量来探究电输运的性质。

公开号为CN101021502A，专利名称为低温电阻温度系数测试装置的专利，公开了一种在-196℃～200℃温度范围内连续测试金属及其合金材料的装置，实现了不同温度下的测量；但该装置需要将样品焊接到样品架上，不能实现对薄膜样品的无损检测。

公开号为CN108362743A，专利名称为低温电阻率测量装置及其安装方法的专利，公开了一种应用于低温下的电阻率测试装置，主要包括定位压板、绝缘压环、固定螺栓和加固压板，该装置能实现低温下的电阻率性能测试，但并不能在室温以上进行测量，且更换样品费时费力，测试效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种变温电阻率测试装置，该装置能满足从低温到高温的测试需求，且方便更换样品，及实现对薄膜样品的无损检测。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种变温电阻率测试装置，其包括真空室、液氮室、电阻率测试平台、电阻率测试系统；

所述真空室与真空机组连接；

所述液氮室置于真空室内；液氮室下方的冷头上设有与温度控制系统连接的第一温度传感器、加热棒，第一温度传感器将采集的温度数据传递给温度控制系统，温度控制系统根据该数据控制加热棒对冷头进行加热；

所述电阻率测试平台置于真空罩内，固定在冷头上，其包括样品台、样品架、样品卡、探针台、限位螺柱、弹簧、探针；所述样品台固定在冷头上，且样品台上设有放置第二温度传感器的定位孔，第二温度传感器置于该定位孔中，可以反映薄膜样品实际温度；所述样品架固定在样品台上；所述样品卡置于样品台、样品架形成的空腔内，待测试的薄膜样品置于样品卡中；所述探针台通过限位螺柱与样品架连接；所述限位螺柱上套有弹簧，弹簧的一端与限位螺柱连接，另一端与探针台连接；所述探针有四个，固定在探针台上，且探针前端伸出探针台，依次穿过样品架、样品卡上的孔，探针在弹簧的作用下直接与薄膜样品表面接触；

所述电阻率测试系统与探针、第二温度传感器连接。

更进一步的方案是，所述探针台包括探针卡槽和探针盖板，探针盖板通过螺栓与探针卡槽连接，将探针固定；所述探针卡槽上的卡槽有四个，等间距布设；探针的两端伸出探针卡槽。

更进一步的方案是，所述探针卡槽的两端均设有沉头孔，弹簧的一端置于沉头孔内。

更进一步的方案是，探针卡槽和探针盖板为氧化铝陶瓷材料，确保测试的准确性。

更进一步的方案是，所述样品卡采用石英材质，一面开槽放入薄膜样品，一面开孔，且该孔与样品架上的孔对齐，便于探针通过样品架和样品卡上的孔后与薄膜样品接触。

更进一步的方案是，所述样品架、探针卡槽之间有空隙，以确保测试结果的准确性。

更进一步的方案是，所述温度控制系统提供80K-700K的精确温度控制，测试范围广。

更进一步的方案是，液氮室采用液氮恒温器，以确保测试的准确性。

更进一步的方案是，所述样品台呈T形结构，方便样品架的安设及与冷头接触。

样品台用于吸收冷量及热量。样品卡用于置放测试薄膜样品，为绝缘导热耐高低温材质。样品架与样品台提供一个空腔容纳薄膜样品及样品卡。

使用时，通过将样品卡置于样品台、样品架形成的空腔内，以及使用弹簧使探针与薄膜样品接触，测试完成时，通过限位螺柱，将弹簧向外拉出，从而使探针与薄膜样品不接触，方便取出已测薄膜样品，更换其他待测薄膜样品，通过限位螺柱再松开弹簧，让弹簧将探针压紧在薄膜表面，样品更换非常方便，提高了测试效率。

本实用新型的有益效果在于：

相比于传统的低温电阻率测量装置，本实用新型可适用的温度范围广，不仅可以实现低温下的测量也可以实现高温下的测量；

使用陶瓷材质的探针卡槽对探针进行压紧固定，高温时材料不会弱化，不会导致探针间距改变，确保了高低温重复测试时的精度；

使用弹簧压紧的方式将探针直接压紧在待测薄膜样品上，避免了对薄膜样品的损坏，实现对薄膜样品的无损检测，确保了测试精度；

通过在液氮室下方的冷头上设有第一温度传感器、加热棒，从而使测试装置满足从80K-700K温度范围内连续测试薄膜材料电阻率的测试需求；

通过样品卡和样品台空腔初步固定样品，再利用探针卡槽中的弹簧弹力使探针压紧薄膜；更换样品时拉起弹簧，取出样品卡即可更换样品，弹簧温度由于不直接接触样品台，不会很快失效，满足了从低温到高温的测试需要，且方便更换样品，实现对样品的无损检测。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是变温电阻率测试装置的结构示意图；

图2是电阻率测试平台的结构示意图；

图中：1、温度控制系统，2、真空机组，3、阀门，4、真空室，5、液氮室，6、第一温度传感器及加热棒，7、真空罩，8、电阻率测试平台，9、电阻率测试系统，10、样品台，11、样品架，12、样品卡，13、定位孔，14、探针卡槽，15、探针盖板，16、探针，17、限位螺柱，18、弹簧。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1、图2，一种变温电阻率测试装置，其包括真空室4、液氮室5、电阻率测试平台8、电阻率测试系统9。真空室4通过阀门3与真空机组2连接。液氮室5为液氮恒温器，置于真空室4内；液氮室5下方的冷头上设有与温度控制系统1连接的第一温度传感器及加热棒6，第一温度传感器将采集的温度数据传递给温度控制系统1，温度控制系统1根据该数据控制加热棒对冷头进行加热，实现80K-700K的精确温度控制。电阻率测试平台8置于真空罩7内，固定在冷头上，其包括呈T形的样品台10、样品架11、样品卡12、探针台、限位螺柱17、弹簧18、探针16。样品台10固定在冷头上，且样品台10上设有放置第二温度传感器的定位孔13，第二温度传感器置于该定位孔13中，可以反映薄膜样品实际温度。样品架11固定在样品台10上。样品卡12置于样品台10、样品架11形成的空腔内，待测试的薄膜样品置于样品卡12中。本实施例中，样品卡12采用石英材质，一面开槽放入薄膜样品，一面开孔，且该孔与样品架11上的孔对齐。探针台为氧化铝陶瓷材料，包括探针卡槽14和探针盖板15，探针盖板15通过螺栓与探针卡槽14连接，将探针16固定在探针卡槽14上；探针卡槽14的两端均设有沉头孔。本实施例中，探针16有四个(两个探针16通入恒定电流，另外两个探针16测量电压)，因此，探针卡槽14上也有四个等间距布设卡槽，探针16的两端伸出探针卡槽14(比如：每个卡槽的两端均设有孔，探针16的两端分别通过孔伸出探针卡槽14)。探针卡槽14通过限位螺柱17与样品架11连接；限位螺柱17上套有弹簧18，弹簧18的一端与限位螺柱17连接，另一端置于探针卡槽14的沉头孔内。探针16的前端伸出探针卡槽14，依次穿过样品架11、样品卡12上的孔，探针16在弹簧18的作用下直接与薄膜样品表面接触。电阻率测试系统9与探针16的后端、第二温度传感器连接。

本实施例中，样品架11、探针卡槽14之间有空隙，以确保测试结果的准确性。样品台10采用无氧铜材质，对样品进行良好的传导。采用直线四探针排布方法，在探针卡槽14上开有间距相等的卡槽，从而满足直线四探针测量电阻率原理，可以采用简单的直线四探针法进行测量，也可以使用双电测法进行测量。通过弹簧的弹力将整个探针台向薄膜表面移动，同时氧化铝的传热系数相对较低，保证了弹簧的弹性系数。

测量时需要通过真空机组2对真空室4内抽真空，以防止低温下水汽的凝结或高温下的氧化。

本实用新型通过设置样品卡和样品台空腔，用于放置样品；利用弹簧弹力保证探针压紧薄膜，以获取稳定的电学信号；拉起弹簧，取出样品卡，即可更换样品，操作非常方便；弹簧不直接接触样品台，受样品台温度影响较小，满足从低温到高温的测试需要。

具体使用方法如下：

步骤一，将样品台10固定在冷源(冷头)上，样品架11固定在样品台10上；

步骤二，将四根探针16固定在探针台上，在沉头孔中放入弹簧，通过限位螺柱17连接到样品架11上；

步骤三，将薄膜样品放在样品卡12中，薄膜面与样品卡12开孔面对齐；

步骤四，将弹簧18向外拉出，将样品卡12放入样品架11与样品台10形成的空腔中，再松开弹簧18，让弹簧18将探针16压紧在薄膜样品表面。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种变温电阻率测试装置，其特征在于：包括真空室、液氮室、电阻率测试平台、电阻率测试系统；

所述真空室与真空机组连接；

所述液氮室置于真空室内；液氮室下方的冷头上设有与温度控制系统连接的第一温度传感器、加热棒，第一温度传感器将采集的温度数据传递给温度控制系统，温度控制系统根据该数据控制加热棒对冷头进行加热；

所述电阻率测试平台置于真空罩内，固定在冷头上，其包括样品台、样品架、样品卡、探针台、限位螺柱、弹簧、探针；所述样品台固定在冷头上，且样品台上设有放置第二温度传感器的定位孔；所述样品架固定在样品台上；所述样品卡置于样品台、样品架形成的空腔内，待测试的薄膜样品置于样品卡中；所述探针台通过限位螺柱与样品架连接；所述限位螺柱上套有弹簧，弹簧的一端与限位螺柱连接，另一端与探针台连接；所述探针有四个，固定在探针台上，且探针前端伸出探针台，依次穿过样品架、样品卡上的孔，探针在弹簧的作用下直接与薄膜样品表面接触；

所述电阻率测试系统与探针、第二温度传感器连接。

2.根据权利要求1所述的变温电阻率测试装置，其特征在于：所述探针台包括探针卡槽和探针盖板，探针盖板通过螺栓与探针卡槽连接，将探针固定；所述探针卡槽上的卡槽有四个，等间距布设；探针的两端伸出探针卡槽。

3.根据权利要求2所述的变温电阻率测试装置，其特征在于：所述探针卡槽上设有沉头孔，弹簧的一端置于沉头孔内。

4.根据权利要求2所述的变温电阻率测试装置，其特征在于：探针卡槽和探针盖板为氧化铝陶瓷材料。

5.根据权利要求1所述的变温电阻率测试装置，其特征在于：所述样品卡采用石英材质，一面开槽放入薄膜样品，一面开孔，且该孔与样品架上的孔对齐。

6.根据权利要求1所述的变温电阻率测试装置，其特征在于：所述样品架、探针卡槽之间有空隙。

7.根据权利要求1所述的变温电阻率测试装置，其特征在于：所述温度控制系统提供80K-700K的精确温度控制。

8.根据权利要求1所述的变温电阻率测试装置，其特征在于：液氮室采用液氮恒温器。

9.根据权利要求1所述的变温电阻率测试装置，其特征在于：所述样品台呈T形结构。