一种基于可变磁场及自由电极的半导体特性稳定测量系统的制作方法

本发明涉及半导体材料领域，尤其涉及一种基于可变磁场及自由电极的半导体特性稳定测量系统。

背景技术：

一般的半导体参数测量系统用途都不涉及磁学模块，通常情况下，半导体参数测量系统硬件多由磁性金属材料组成，在磁场中，硬件容易偏移既定位置，严重影响数据测量的稳定性，甚至失去既定功能，因而只提供温度、光强等功能附件。例如，目前市面上的半导体参数分析仪的测试平台（包括底座、测臂、探针等）多为磁性合金材料，当实验需要外置磁场时，磁场源（磁体）接近样品的同时也将对仪器磁性合金部分有一个强大的吸引力，从而使测试探针偏离位置被磁体吸附，无法测量数据，也容易将对样品造成严重划伤。近年来随着多铁材料的发展，同时具有磁电耦合效应与反常光伏效应的铁电光伏材料渐渐成为人们的研究热点，对于磁电耦合材料，外加磁场是极其重要的研究因素，因此发明一种可提供均匀变化磁场而不对光伏效应测量系统造成不利影响的器件成为多功能材料领域研究的迫切需要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于可变磁场及自由电极的半导体特性稳定测量系统，弥补半导体参数测量系统无法将磁场与光场一体化的空白。

本发明采用的技术方案是：

一种基于可变磁场及自由电极的半导体特性稳定测量系统，其包括磁体变位器、自由样品台、磁体-分析仪分离模块，磁体变位器包括磁体空间架、磁体、塑料衬盘、第一铜丝、第二铜丝和特斯拉计，

自由样品台放置于磁体空间架的上表面，磁体空间架两侧内分别具有竖直设置的通道，塑料衬盘放置于磁体空间架内部，磁体置于塑料衬盘上，磁体空间架中的塑料衬盘上方设有可转动的第一旋转铜杆和第二旋转铜杆，第一铜丝的一端固定于第一旋转铜杆上，第一铜丝的另一端绕过塑料衬盘的一侧底部后固定于第一旋转铜杆上，第二铜丝的一端固定于第二旋转铜杆上，第二铜丝的另一端绕过塑料衬盘的另一侧底部后固定于第二旋转铜杆上，第一旋转铜杆和第二旋转铜杆两端均穿过磁体空间架的侧面，

自由样品台包括多孔板、玛瑙球、第一铟电极和第二铟电极，多孔板置于磁体空间架上，多孔板上表面设有至少3个圆孔，其中两个圆孔分别用于设置第一铟电极与第二铟电极；玛瑙球放置于其他任一圆孔内，并与第一铟电极和第二铟电极的位置形成三角形阵列；样品放置于该三角形阵列形成的平面并平行于多孔板设置，样品与第一铟电极、第二铟电极充分接触，玛瑙球通过改变在多孔板上孔洞的位置，来平衡样品；

特斯拉计的测试探针与样品的上表面，特斯拉计用于检测样品处磁场强度；

所述磁体-分析仪分离模块包括两条导线，第一铟电极与第二铟电极各自对应连接一条导线的一端，两条导线的另一端分别穿过磁体空间架对应侧面内的通道并从磁体空间架底部的孔洞向外侧水平延伸l长度的距离，磁体在两条导线的另一端的末端产生的磁场强度h＜1oe。两条导线的另一端分别接入半导体参数分析仪21的探测频道。

进一步地，第一旋转铜杆和第二旋转铜杆穿过磁体空间架侧面的一端的末端通过固定杆配合燕尾夹相对固定。

进一步地，第一旋转铜杆和第二旋转铜杆对应磁体空间架的侧面处设有限位块，并通过扭曲形变的限位块固定相对位置防止第一旋转铜杆和第二旋转铜杆的脱落。

进一步地，所述的塑料衬盘、磁体空间架、多孔板由pla塑料成型。

进一步地，所述的第一旋转铜杆、第二旋转铜杆由冷加工铜塑性形变成型。

进一步地，所述的磁体空间架由autocad绘图软件设计，由cura切片软件加工，形状特征明显，完全原创。所述的多孔板由autocad绘图软件设计，由cura切片软件加工，形状特征明显，完全原创。

进一步地，所述第一铟电极中心与第二铟电极中心之间的间距为1cm。

进一步地，所述的自由样品台可任意调整所述玛瑙球与第一铟电极、第二铟电极的相对位置，直接将样品放上去，无需其他任何操作。

进一步地，所述的磁体变位器的磁场大小在0~hmax范围内可调，hmax是磁体在距离磁体1cm处的磁场强度。所述的hmax的大小通过替换磁体材料或增减磁体个数来调节。所述的磁体变位器磁场大小在可调范围内的设置磁场强度是连续的。

进一步地，所述的磁体变位器的磁场方向可调。

进一步地，所述的磁体变位器的磁场角度在0~45°范围内可调。所述的磁体变位器的磁场角度在可调范围内的设置角度是连续的。

进一步地，所述的磁体-分析仪分离模块的导线由抗磁导体材料制成。

本发明采用以上技术方案，采用pla塑料与铜金属材料等抗磁材料作为系统主体，并使磁体远离测试系统探针，使系统在磁力作用上与磁体分离，保证磁体控制与样品性质测量的稳定性，弥补了现有半导体参数测量系统无法将磁场、光场一体化的空白；另一方面，磁体变位自由度高，可提供大小、角度、方向连续可调的磁场，可支持实验研究自变量的均匀变化。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为本发明一种基于可变磁场及自由电极的半导体特性稳定测量系统的结构示意图；

图2为本发明一种基于可变磁场及自由电极的半导体特性稳定测量系统的磁体变位器、自由样品台和磁体-分析仪分离模块工作原理示意图；

图3为本发明一种基于可变磁场及自由电极的半导体特性稳定测量系统的衬盘结构示意图；

图4为本发明一种基于可变磁场及自由电极的半导体特性稳定测量系统的多孔板的上表面示意图；

图5为本发明一种基于可变磁场及自由电极的半导体特性稳定测量系统的多孔板的底部结构示意图；

图6为本发明一种基于可变磁场及自由电极的半导体特性稳定测量系统的磁体空间架结构示意图；

图7为本发明一种基于可变磁场及自由电极的半导体特性稳定测量系统的磁体空间架仰视示意图。

具体实施方式

如图1-7之一所示，本发明公开了一种基于可变磁场及自由电极的半导体特性稳定测量系统，其包括磁体变位器1、自由样品台2、磁体-分析仪分离模块3，磁体变位器1包括磁体空间架13、磁体4、塑料衬盘5、第一铜丝6、第二铜丝7和特斯拉计14，

自由样品台2放置于磁体空间架13的上表面，磁体空间架13两侧内分别具有竖直设置的通道，塑料衬盘5设于磁体空间架13的两侧之间，所述磁体4可选择正反两个方向置于塑料衬盘5上，以控制磁体n/s极方向，进而可提供样品22磁场环境的磁场方向；磁体空间架13对应塑料衬盘5上方转动设有第一旋转铜杆8和第二旋转铜杆9，第一铜丝6的一端固定于第一旋转铜杆8上，第一铜丝6的另一端绕过塑料衬盘5的一侧底部后固定于第一旋转铜杆8上，第二铜丝7的一端固定于第二旋转铜杆9上，第二铜丝7的另一端绕过塑料衬盘5的另一侧底部后固定于第二旋转铜杆9上，第一旋转铜杆8和第二旋转铜杆9两端均穿过磁体空间架13的侧面，

具体地，通过调节第一旋转铜杆8和第二旋转铜杆9，同步改变第一铜丝6与第二铜丝7垂直方向的长度来升降塑料衬盘5，改变磁体4与样品22的距离，从而改变样品22所受磁场强度；通过调节第一旋转铜杆8和第二旋转铜杆9，以便改变第一铜丝6与第二铜丝7垂直部分的相对长度来旋转塑料衬盘5，进而改变磁体4与样品22的角度，从而改变样品22所受磁场的方向；每次调整好第一旋转铜杆8和第二旋转铜杆9，都在末端通过固定杆12与两端的燕尾夹10固定。

自由样品台2用于水平放置样品22，并可自由选定样品22中的测试区域，可直接放置与取下，方便测试。自由样品台2包括多孔板15、玛瑙球16、第一铟电极17和第二铟电极18，多孔板15置于磁体空间架13上，多孔板15上表面设有至少3个圆孔，其中两个圆孔分别用于设置第一铟电极17与第二铟电极18；玛瑙球16放置于其他任一圆孔内，并通过改变玛瑙球16在多个孔洞中的放置位置，使玛瑙球16与第一铟电极17和第二铟电极18的位置形成三角形阵列；样品22放置于该三角形阵列形成的平面并平行于多孔板15设置，样品22与第一铟电极17、第二铟电极18充分接触，玛瑙球16通过改变在多孔板15上孔洞的位置，来平衡样品22；

特斯拉计14的测试探针与样品22的上表面，特斯拉计14用于检测样品22处磁场强度，以手动反馈磁场调节。

所述磁体-分析仪分离模块3用于将磁体与半导体分析仪的测试探针及其他金属材质分离，防止磁体与测试探针相互吸引破坏系统测试结构，影响样品22测试。所述磁体4-分析仪分离模块3包括两条导线19，第一铟电极17与第二铟电极18各自对应连接一条导线19的一端，两条导线19的另一端分别穿过磁体空间架13对应侧面内的通道并从磁体空间架13底部的孔洞向外侧水平延伸l长度的距离，磁体4在两条导线19的另一端的末端产生的磁场强度h＜1oe。两条导线19的另一端分别接入半导体参数分析仪21的探测频道。

磁体-分析仪分离模块3具有使磁体4远离测试系统探针的作用，使半导体参数分析仪21在磁学上与磁体4分离，两条导线的末端与半导体参数分析仪21测试频道相连，磁体4在末端处产生的磁场强度h＜1oe，该场强不足以使磁体4改变半导体参数分析仪21的探针位置，保证磁体4的控制及样品22性质测量的稳定性，弥补了现有半导体参数测量系统无法将磁场、光场一体化的空白。另一方面，磁体4变位自由度高，可提供大小、角度、方向连续可调的磁场，可支持实验研究自变量的均匀变化。

进一步地，第一旋转铜杆8和第二旋转铜杆9穿过磁体空间架13侧面的一端的末端通过固定杆12配合燕尾夹10相对固定。

进一步地，第一旋转铜杆8和第二旋转铜杆9对应磁体空间架13的侧面处设有限位块20，并通过扭曲形变的限位块20固定相对位置防止第一旋转铜杆8和第二旋转铜杆9的脱落。

进一步地，所述的塑料衬盘5、磁体空间架13、多孔板15由pla塑料成型。

进一步地，所述的第一旋转铜杆8、第二旋转铜杆9由冷加工铜塑性形变成型。

进一步地，所述的磁体空间架13由autocad绘图软件设计，由cura切片软件加工，形状特征明显，完全原创。所述的多孔板15由autocad绘图软件设计，由cura切片软件加工，形状特征明显，完全原创。再由3d打印技术打印pla塑料成型，软化温度tmax≥70℃，因此系统工作环境温度t≤60℃。

进一步地，所述第一铟电极17中心与第二铟电极18中心之间的间距为1cm。因此样品22的测试电极之间的可调间距应为1cm左右，但因可改变玛瑙球16在自由样品台2的孔洞的放置位置，可以自由调节样品22位置，增大了样品22两极电极之间距离d与间距d的匹配适应性。

进一步地，所述的自由样品台2可任意调整所述玛瑙球16与第一铟电极17、第二铟电极18的相对位置，直接将样品22放上去，无需其他任何操作。

所述磁体变位器1、自由样品台2、磁体-分析仪分离模块3采用pla塑料与铜金属材料等抗磁材料，pla（聚乳酸）塑料是一种新型的生物基及可再生生物降解材料，使用可再生的植物资源（如谷类秕壳、稻草、麦秆）所提出的淀粉原料制成，是绿色高分子材料，其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物在特定条件下完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料，其熔点在155-185℃，且该系统材料已在实验室进行高温实验，证明其软化温度在80℃，因而系统工作环境温度可在60℃以下，涵盖了一般工作环境温区。

进一步地，所述的磁体4变位器1的磁场大小在0~hmax范围内可调，hmax是磁体4在距磁体4间隔1cm处的磁场强度。所述的hmax的大小通过替换磁体4材料或增减磁体4个数来调节。所述的磁体4变位器1磁场大小在可调范围内的设置磁场强度是连续的。

进一步地，所述的磁体4变位器1的磁场方向可调。

进一步地，所述的磁体4变位器1的磁场角度在0~45°范围内可调。所述的磁体4变位器1的磁场角度在可调范围内的设置角度是连续的。

进一步地，所述的磁体4-分析仪分离模块3的导线19由抗磁导体材料制成。

本发明采用以上技术方案，采用pla塑料与铜金属材料等抗磁材料作为系统主体，并使磁体4远离测试系统探针，使系统在磁力作用上与磁体4分离，保证磁体4控制与样品22性质测量的稳定性，弥补了现有半导体参数测量系统无法将磁场、光场一体化的空白；另一方面，磁体4变位自由度高，可提供大小、角度、方向连续可调的磁场，可支持实验研究自变量的均匀变化。