PL162467B1 - Kriostat prózniowo-zanurzeniowy, zwlaszcza do badan zaleznosci temperaturowych parametrów elektrycznych materialów pólprzewodnikowych PL - Google Patents

Abstract

1. Kriostat prózniowo-zanurzeniowy, zwlaszcza do badan zaleznosci temperaturo­ wych parametrów elektrycznych materialów pólprzewodnikowych, zawierajacy metalo­ wy pret, umieszczony w komorze próznio­ wej, znamienny tym, ze metalowy pret (14), na którym jest zamocowana badana próbka, umieszczony jest rozlacznie we wnetrzu me­ talowej glowicy (1), która docisnieta jest do korpusu (3), zawierajacego wylot pompowy (5) i docisnietego do talerzyka (6), zawieraja­ cego przepusty elektryczne, przy pomocy tulei (8), polaczonej rozlacznie z wyposazonym w gniazda pomiarowe (10) pojemnikiem (9). PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest kriostat próżniowo-zenurzenio^, zwłaszcza do badań zależności temperaturowych parametrów elektrycznych materiałów półprzewodnikowych, w szczególności metodą spektroskopii pojemnościowej i prądowej.

Podczas badań temperatura badanej próbki zm^n^a się z określoną szybkością, w konsekwencji czego zmieniają się właściwości elektrycinie próbki. Zmiana tych właściwości rejesttiwaąa jest poprzez pomiar niewielkich zmian napięcia, prądu lub pojemności elektrycznej.

Znane kriostaty próżniowe złożone są z dwóch zasadniczych części: zbiornika cieczy kriogenicznej i przymocowanego do niego pręta metalowego, zwanego potocznie zmnym pacem, umieszczonych w komorze próżniowaj. Metalowy pręt, zwany zimnym palcem, na którym zamocowana Jest badana próbka, połączony jest ze zbiornikiem cieczy kriogenicznej, ummoiiwiając dobre odprowadzenie ciepła.

Wadą takiej konstrukc ji są nie tylko duże wymary i znaczny ciężar kriostatu, ale także duże zużycie cieczy kriogenicznej. Dla uzyskania najniższej temperatury próbki w powszechnie stosowanych kriostatach zużywa się około 6 1 cieczy kriogenicznej. Ponadto oczekiwanie na ustalenie się niskiej temperatury tiwa około 1-2 godzin, co znacznie wydłuża czas pomiaru. Ustalona temperatura Jest około 1o deg wyższa od temperatury cieczy kriogenicznej. Inną wadą jest konieczność stosowania dużej mocy grzewczej, około 50W, dia rozpoczęcia narastania temperatury próbki. Powolne zmiany temperatury próbki w zakresie najniższych temperatur dodatkowo wycdużają czas pomiaru. Znaczna część mocy grzewczej tracona jest bowiem na odparowanie cieczy kriogenicznej ze zbiornika. Wadą kniostatów próżniowych ze zbioΓnikiei jest także trwałe, nierozbieralne zamocowanie przepustów elektrycznych, przechodzących do wnętrza komory próżniowej przez ściankę kriostatu. Przy takiej konstrukcji przypadkowe zwarcia lub przerwy, powstałe w wyniku ruchu przewodów, są bardzo trudne do usunięcia.

Znana z polskiego opisu patentowego nr 147 284 konstrukcja kriostatu zanurzeniowego urnoHwia zanurzenie badanej próbki bezpośrednio w cieczy kriogenicznej, znajdującej się w naczyniu Dewara. Kriostat ten wyposażony Jest w uchwyt pomiarowy w osłonie metalowej z odpowiednio w nim umocowaną badaną próbką. Osłona metalowa jest złożona z dwóch, współosiowo osadzonych rozłącznie metalowych cylindrów, mających w dolnej części powierzchni bocznej otwory, umizliwiające wypeenienie cieczą kriogeniczną przestrzeni pomiędzy obu cylindrami i jej dopływ do badanej próbki.

162 467

Brak komory próżniowej istotnie utrudnia pomiary elektryczne materiałów o bardzo dużych rezystywnościach ly Ίο^Λ cml wstautek uplywności, s^powodowanyc^h obecnością ^par^y wodnej. Ponadto obecność pary wodnej powoduje oszronienie próbki, co znacznie zmniejsza skuteczność Jej oświetlenia przy pomiarach optycznych. Kriostat ten nie może więc być stosowany do badania centrów defektowych metodą niestacjonarnej spektroskopii fotoprądowej lub fotopojemnościowej.

Kriostat według wynalazku charakteryzuje się tym, ze meealowy pręt, zwany zimnym palcem, na którym Jest zameldowana badana próbka, umieszczony Jest rozłącznie we wnętrzu metalowej głowicy, która dociśnięta jest do korpusu, zawierającego wlot pompowy i dociśniętego do talerzyka, zawierającego przepusty elektryczne, przy pomocy tulei, połączonej rozłącznie z wyposażonym w gniazda pomiarowe pojemnikiem.

Korzystnie dolna część metalowej głowicy ma wnękę, korzystnie stożkową, której boczna ścianka zawiera otworki odprowadzające powietrze podczas zanurzania kriostatu w cieczy kriogenicznej. Weernątrz wnęki i^dłuz osi korzystnie umieszczony jest bolec, korzystnie w kształcie stożka.

W kriostacie według wynalazku, zbiornik cieczy kriogenicznej nie Jest na stałe przymocowany do komory próżniowj. Zimny palec zamocowany Jest do dna głowicy kriostatu, która z Jednej strony zanurzona Jest w cieczy kriogenicznej, a z drugiej dociskana do korpusu, stanowiącego górną część komory próżniowej. W ten sposób zimny palec waz z badaną próbką znajduje się wewnnąrz komory próżniowej, a chłodzenie próbki odbywa się poprzez zanurzenie głowicy kriostatu w cieczy kriogenicznej, w/ppeniającej ustawione na zewnątrz kriostatu naczynie Dewera. Dzięki takeemu rozwiązaniu kriostat posiada niewielkie wymiary, a Jednocześnie wielokrotnie zmmejsza się zuzycie cieczy kriogenicznej oraz skrócony zostaje czas oczekiwania na osiągnięcie najniższej temperatury próbki. Różnica pomiędzy najniższą temperaturą próbki a temperaturą wzenia cieczy kriogenicznej ne przekracza 1 deg. Podczas ogrzewania próbki, następującego poprzez stopniowe ^ciąganie głowicy z cieczy kriogenicznej, można regulować szybkość narastania temperatury nawet bez stosowania grzejnika. Stożkowy kształt więki oraz umieszczonego ^^w^ąi'z niej bolca ma na celu zapewnenie stopniowego obniżania temperatury podczas ruchu pionowego kriostatu w dół lub narastania temperatury podczas ruchu do góry. Szybkość zmian temperatury można regulować poprzez zastosowanie bolców o różnej długości.

Dodatkową zaletą kriostatu według wynalazku Jest możliwość ławwego demontażu poszczególnych

Jego elementów. Istnieje możliwość wymlany zimnego palca w zależności od rodzaju badanych próbek i zastosowanej metody pomiarowej. Możliwa Jest także wymiana talerzyka z przepustami, poprzez które przewody elektryczne wprowadzane są do komory próżniowej. Kriostat według wyndLazku może mieć również zastosowanie przy badaniach właściwości mterialów metodami elektrycznymi lub fotoelektrycznymi, w^yia^aająy^ry^{h p}omiaru bardzo medych wielkości elektrycznych pojemności rzę^du ^lo”'^Z*f i2 oraz prądów rzędu io A, a także do badania właściwości metaai i dielektyyków.

Kriostat według wynalazku Jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia kriostat w przekroju wzdłużnym, zaś fig. 2 - kriostat w widoku z boku.

Kriostat przedstawiony na rysunku, ma metalową głowicę 1, stanowiącą jego dzląą część, przykręconą śrubami do korpusu 3. Pomiędzy głowicą 1 a korpusem 3 umieszczona jest uszczelka próżniowa 4. G5rna część głowicy 1 wraz z korpusem 3 tworzą komorę próżniową, połączoną z nieu^^cznioną na rysunku pompą próżniową poprzez wrlot pompowy 5, umieszczony w górnej części korpusu 3. Do górnej części korpusu 3 dociśnięty jest poprzez uszczelkę 7 talerzyk 6, zawierający przepusty elektryczne. Na zewątrz dolnej części tulei S i we^n^z górnej części korpusu 3 znajduje się gwint, u'iiżliwiajtcr docisk talerzyka 6 do korpusu 3 poprzez dokręcenie tulei 8. W górnej części tulei 8 również przy pomocy gwintu zamocowany jest rozłącznie pojemnik 9, na którym umieszczone są koncentryczne gniazda pomiarowe 10. Dolna część metalowej głowicy 1 , która Jest zanurzona w ciekłym azocie 2, ma stożkową wnękę 15. Zew^nitrzna ściana wnęki 15 zawiera cztery otworki 16, umoożiwiające odpływ powwetrza z wnęki 15 podczas zanurzania krioststu w ciekłym azocie 2. Otworki 16 umieszczone są na wysoRości dna wnęki 15. Wei^n^z wnęki 15 wzdłuż osi umieszczony Jest bolec 17 w kształcie stożka o wysoRości równej głębokości wnęki 15. Na tulei 8 zamocowana jest obej ma mocująca 11, wyposażona w śrubę czopującą 13, umiZżiwiająya zam^i^t^i^a^i^ie kriostatu na pręcie 12 statywu labzratoΓyąnegz na żądanej wysokości od poziomu lustra ciekłego azotu 2. Do wnętrza górnej części głowicy 1 wkręcony jest wymienny medalowy pręt 14, zwany zimnym palcem, na którym umocowane są podstawki z badaną próbką i złączem termopary, ąieuwidoyznizne na rysunku.

k

162 467

Stożkowy kształt wnęki 15 oraz umieszczonego wevmątrz niej bolca 17 ma na celu zapewnienie stopniowego obniżania temperatury^próbki podczas ruchu pionowego kriostatu w dół przy zanurzeniu w ciekłym azocie lub stopniowego wzrostu temperatury podczas ruchu do góry. Obniżenie temperatury próbki do temperatury bliskiej temperaturze-ciekłego azotu uzyskuje się, gdy poziom lustra ciekłego azotu osiągnie dno wnęki. Odpompootywanie powietrza z komory próżniowej, w której znajduje się badana próbka, zapobiega kondennaaji na niej pary wodnej 1 tym samym Jej oszmnianiu, dzięki czemu możliwe jest oświetlenie próbki oraz eliminowane są uplywności elektryczne pomiędzy przepustami elektrycznymi. Sygnay elektryczne, wywołane zmianami właściwości elektrycznych próbki pod wpływem zmian temperatury, przekazywane są do bardzo czułych mierników prądu lub pojemności elektrycznej.

Fig .1 fig.2

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Kriostat próżniowo-zanurzenitwy, zwłaszcza dt badań zależności temperaturowych parametrów elektrycznych materiałów półprzewodnikowych, zawierający metalowy pręt, umieszczony w komorze próżniowej, znamienny tym, że metalowy pręt (14), na którym Jest zamocowana badana próbka, umieszczony Jest rozłącznie we wnętrzu meealowej głowicy (1), która dociśnięta Jest do korpusu (3). zawierającego wylot pompowy (5) i dociśniętego do talerzyka (6), zawierającego przepusty elektryczne, przy pomocy tulei (8), połączonej rozłącznie z wyposażonym w gniazda pożarowe (1o) pojemnikiem (9).
2. 2. Kriostat według zastrz. 1, znamienny tym, że dolna część metaLowej głowicy (1) ma wnękę (15), korzystnie stożkową, której boczna ścianka zawiera otworki (16) odprowadzające powietrze podczas zanurzania kriostatu w cieczy kriogenicznej.
3. 3. Kriostat według zastrz. 1, znamienny tym, że wewątrz wnęki (15) ma umieszczony wzdłuż osi bolec (17), korzystnie w kształcie stożka.

   * « *