RO113765B1 - Criostat pentru măsurări de caracterizare a materialelor semiconductoare - Google Patents

Abstract

Invenția se referă la un criostat pentru măsurări de caracterizare a materialelor semiconductoare la efecte electrice, magnetice, termice și la radiații luminoase, în domeniul de temperaturi -196... +100°C, utilizabil în industrie, învățământ sau cercetare. Criostatul permite reglarea poziției probei în raport cu câmpul magnetic exterior, pe direcție longitudinală și transversală, prin intermediul unor plăcuțe (11 respectiv 12] și, în plan vertical, cu ajutorul unor suporturi filetate (13 și 14], Corpul exterior al criostatului (1] se poate roti sub un unghi indicat de niște gradații (b). Proba de măsurat (9] se fixează pe un suport de cupru (8], prevăzut cu un cuptor electric (25], și un ecran termic, cilindric (26], în dreptul probei, pe peretele inferior al corpului exterior (1), este practicată o fereastră optică [7],

Description

Invenția se referă la un criostat pentru măsurări de caracterizare a materialelor semiconductoare la efecte electrice, magnetice, termice și radiații luminoase, în domeniul de temperaturi 196°C, la +1OO°C, utilizabil în industrie, învățământ sau cercetare.

Criostatele cunoscute sunt construite pentru anumite tipuri specifice de măsurări cum ar fi: măsurări galvanomagnetice sau de spectroscopie optică, în fiecare din situațiile menționate sunt utilizate diverse soluții tehnice, pentru fixarea criostatului, fixarea probei în criostat, încălzirea și ecranarea termică a probei și conectarea electrică a probei, la aparatele de măsură, dispuse în exteriorul criostatului.

Un exemplu de sistem de răcire folosit , pentru răcirea unor componente semiconductoare, este prezentat, în Brevetul US 4408464. Proba semiconductoare poate fi deplasată în trei dimensiuni, sistemul de poziționare fiind independent de corpul criostatului și acționat cu manevre exterioare. Proba se mișcă în interiorul criostatului. Un dezavantaj al invenției este un control deficitar al preciziei termostatării.

Brevetul US 5237825 prezintă un criostat, care folosește pentru răcire o metodă bazată pe utilizarea unui gaz de schimb. Probele sunt fixate, în interiorul criostatului , cu ajutorul unei tije izolatoare lungi, care permite deplasarea, în plan vertical și rotirea în jurul axei, astfel, încât probele să poată fi aduse în dreptul ferestrei criostatului. Invenția prezintă dezavantajul că, plasarea criopompei s-a făcut sub suportul probelor, deci, va exista un gradient de temperatură, între partea inferioară și cea superioară a probelor. Un alt dezavantaj este complexitatea constructivă a elementului criogenie.

Dezavantajul, acestor criostate, constă, în aceea că, ele sunt astfel construite încât, să poată fi utilizate numai la studierea anumitor fenomene caracteristice materialelor semiconductoare.

Criostatul, conform invenției, înlătură dezavantajele menționate mai sus, prin aceea că, folosește un suport detașabil, pe care se sprijină corpul exterior al criostatului, cu partea superioară de un diametru mai mare, prin intermediul a două plăcuțe de reglaj, în plan longitudinal și transversal, așezate pe.o altă placă transversal- longitudinală, care se fixează pe două bare cilindrice, verticale, filetate, la capătul superior prevăzute cu piulițe de reglaj și fixare, toate plăcile, având o gaură centrală, prin care trece corpul exterior al criostatului, placa, pe care se sprijină direct criostatul, prezentând o prelungire inelară, pe care sunt marcate gradații ce indică unghiul de rotire al corpului exterior, fixarea într-o anumită poziție, fiind realizată cu șuruburi orizontale, care trec prin prelungirea inelară a plăcuței de sprijin superioare, în partea inferioară a criostatului, fiind sudată o piesă prismatică, cu secțiune pătrată, având în interior o gaură cilindrică, în care se introduce suportul de cupru al probei supuse măsurătorii, care este atașat de corpul interior al criostatului printr-un holender cu o coroană inelară cu perforații, în partea superioară a suportului, fiind un cuptor electric, dispus într-o fantă practicată, în corpul de cupru, în partea centrală, corpul de cupru, fiind filetat exterior, pentru montarea unui ecran termic de formă cilindrică, care închide prelungirea paralelipipedică a corpului de cupru, aceasta, având două fețe plane izolate electric, față de probă și perforate pe margini, una din fețe fiind chiar, pe axul criostatului.

Criostatul, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:

- suportul este detașabil și permite montarea criostatului, fie între polii unui electromagnet, fie pe un banc optic;

- criostatul se poate roti, între O și 90°, în jurul axului propriu, se poate centra în ax, prin deplasări, în direcție longitudinală sau transversală și se poate deplasa pe verticală, în poziția de lucru dorită;

- planul probei se poate roti față de restul criostatului;

- permite evitatea gradienților de

RO 113765 Bl temperatură nedoriți.

Se prezintă mai jos, un exemplu de realizare a criostatului, conform invenției, în legătură cu figura, care reprezintă schița de ansamblu a criostatului.

Potrivit invenției, criostatul este constituit dintr-un corp exterior 1 și un corp interior 2, un tub prelungitor 3, terminat cu o cutie de conexiuni 4, un ștuț de vidare 5, un corp prismatic de secțiune pătrată 6, prevăzut cu o fereastră optică 7, un corp de cupru 8, care susține proba supusă caracterizării 9, o placă transversală orizontală 10, împreună cu două plăcuțe 11 și 12, de sprijin și reglare, placa transversală 10, fiind fixată, prin două coloane verticale 13 și 14 filetate la capete. Pe corpul exterior 1 este o proeminență a, cu care se sprijină pe o prelungire inelară 15, a plăcuței superioare 12, prevăzută ,cu o suprafață gradată b. Prin prelungirea inelară 15 trec niște șuruburi de fixare ie

Corpurile exterior 1 și interior 2, ale criostatului, se asamblează, prin intermediul a două flanșe 17, sus și 18, jos, folosind garnituri de vid și șuruburi de strângere. Tubul prelungitor 3 se prinde de flanșa superioară 17, tot prin intermediul unor garnituri de vid și șuruburi de strângere. între tubul prelungitor 3 și cutia de conexiuni electrice 4 se montează o trecere de vid 19, prin intermediul unor garnituri și șuruburi.

în partea inferioară a corpului interior 2 este fixat, pe exterior, un inel izolant 20, prevăzut cu perforații, pentru ghidarea conductoarelor electrice. Fundul corpului interior 2, se termină cu o prelungire cilindrică 21, filetată la exterior, pe care se înșurubează un holender 22, pentru fixarea corpului de cupru 8. Holenderul 22 are o coroană inelară 23, cu perforații, pentru ghidarea conductoarelor electrice.

Corpul de cupru 8 are trei regiuni distincte pe verticală:

-în partea superioară, de formă cilindrică, este practicată o fantă ver4 ticală 24, în care este introdusă o rezistență electrică de încălzire 25, de formă plată, cuplată într-un circuit de termostatare. Partea superioară se termină cu un filet, în care sunt. practicate patru caneluri. Prin intermediul filetului se atașează un ecran termic tubular 2G, prevăzut cu fereastra 27;

- partea centrală a corpului de cupru 8 este cilindrică și cu un diametru mai mic, decât partea superioară; în exteriorul ei se înfășoară conductoarele electrice pentru egalizarea temperaturii;

- partea inferioară 28 este o prelungire paralelipipedică a corpului de cupru 8, având una din fețele mari 29, pe care se fixează proba semiconductoare 9, așezată în axul criostatului. Fețele mari ale prelungirii paralelipipedice 28 sunt izolate electric și perforate, spre exterior, pentru ghidarea și fixarea conductoarelor electrice, care merg la proba 9.

La montarea inițială a criostatului, corpul de cupru 8 se aliniază, astfel, încât fața 29, a prelungirii paralelipipedice 28, pe care se montează proba, să fie paralelă cu fereastra optică 7 și se fixează, în această poziție, cu ajutorul holenderului 22. Firele electrice și termocuplele sunt lipite, în partea superioară, la conexiunile din cutia de conexiuni 4, sunt trecute în criostat prin trecerea de vid 19, apoi se răsucesc pe corpul interior al criostatului 2, în partea sa inferioară, trecând prin perforațiile inelului izolant 20, și, în continuare, prin perforațiile coroanei inelare 23, ale holenderului 22, de unde, o parte fac legătura cu rezistența electrică de încălzire 25, iar altele, trec prin canelurile practicate, în filetul de fixare a ecranului termic 26 și sunt răsucite, de câteva ori, pe partea centrală a corpului de cupru 8, de unde ajung la prelungirea paralelipipedică 28, pe fața mare, opusă probei semiconductoare și pătrund spre proba de pe fața 29, prin perforațiile prelungirii paralelipipedice 28, unde sunt rigidizate în mod adecvat.

RO 113765 Bl

Pentru măsurări, în câmp magnetic, proba semiconductoare se lipește pe fața 29, și se fac legăturile electrice, apoi, în criostat se face vid, prin ștuțul 5, după care se toarnă azot lichid, în 5 corpul interior 2. Cu ajutorul rezistenței de încălzire 25, conectată la un circuit electronic, de termostatare, se reglează temperatura dorită pentru studiu. Pentru orientarea planului probei semiconduc- io toare, care este paralel cu fața 29, a prelungirii paralelipipedice, în raport cu direcția câmpului magnetic se folosesc gradațiile de pe suprafața b, a prelungirii inelare 15, a plăcuței de sprijin și reglaj 15 12, orientându-se corpul criostatului, în raport cu aceste gradații și apoi, fixânduse cu șuruburile 16.

Pentru experiențe cu proba semiconductoare iluminată, se folosește fe- 20 reastra optică 7 și fereastra 27, a ecranului termic tubular 26. Dacă prin costrucție, magnetul nu permite iluminarea probei, când criostatul este montat între poli, atunci placa transversală- orizontală 2 5 10, împreună cu tot ansamblul criostatului se poate demonta de pe coloanele, verticale 13 și 14, și remonta, în alt post de lucru, adecvat pentru determinarea proprietăților optice, prin ilumi- 3o narea probei.

Pentru experiențe în regim adiabatic, proba semiconductoare nu trebuie să facă schimb de căldură cu exteriorul și atunci, fixarea în criostat, se face prin 35 intermediul unei mici bare izolatoare lipite, cu un capăt pe probă și, un capăt pe fața 29, a corpului de cupru 8, detecția variațiilor de temperatură ale probei, făcându-se cu ajutorul termocu- 4 o plelor, cu care este dotat criostatul și care, sunt lipite pe laturile de interes ale probei.

Claims (1)

1. Criostat pentru măsurări de caracterizare a materialelor semiconducPreședintele comisiei de examinare: ing. O Examinator: ing. Dumitru Daniela toare la efecte electrice, magnetice, termice și radiații luminoase, în domeniul de temperaturi -196°C la + 1OO°C, utilizabil în industrie, învățământ sau cercetare, caracterizat prin aceea că folosește, un suport detașabil ,pe care se sprijină corpul exterior al criostatului [1], cu partea superioară de un diametru mai mare, prin intermediul a două plăcuțe de reglaj, în plan longitudinal (11) și transversal (12), așezate . pe o altă placă transversal- longitudinală (10), care se fixează pe două bare cilindrice, verticale (13 și 14), filetate la capătul superior și, prevăzute cu piulițe de reglaj și fixare, toate plăcile având o gaură centrală, prin care trece corpul exterior al criostatului (1), placa (12), pe care se sprijină corpul exterior al criostatului (1), prezentând o prelungire inelară (15), pe care sunt marcate gradații (b), ce indică unghiul de rotire al corpului exterior (1), fixarea într-o anumită poziție, fiind realizată cu șuruburi orizontale (16), care trec prin prelungirea inelară (15), a plăcuței de sprijin superioare (12), în partea inferioară a corpului exterior al criostatului [1), fiind sudată o piesă prismatică (B), cu secțiune pătrată, având, în interior, o gaură cilindrică, în care se introduce suportul de cupru (8), al probei supuse măsurării (9), care este atașat de corpul interior al criostatului (2), printr-un holender (22), cu o coroană inelară cu perforații (23), în partea superioară a suportului de cupru (8), fiind un cuptor electric (25), dispus într-o fantă (24), practicată în corpul de cupru (8), în partea centrală corpul de cupru (8), fiind filetat exterior, pentru montarea unui ecran termic de formă cilindrică (26), care închide prelungirea paralelipipedică (28) a corpului de cupru (8), acesta având două fețe plane izolate electric față de proba (9) și perforate pe margini, una din fețe (29) fiind, chiar pe axul criostatului.