一种探针间距连续可调的探针检测头及探针检测装置的制作方法

本实用新型及一种探针检测装置，尤其是涉及一种探针间距连续可调的探针检测头及探针检测装置。

背景技术：

电学四探针技术在材料科学领域有非常广阔的应用，即四根导电探针，其中两根通电流，与待测样品共同形成回路，另外两根探针测量材料表面的电势，并计算出材料的表面电输运特性。传统的四探针，其探针相对位置都是固定的，四根探针在水平面可以共线，也可以不共线。其中，由电学四探针技术衍生出来的电流共面隧穿技术是专门针对基于磁阻的随机存储器的重要电学参数磁隧穿结电阻的测量手段。该技术原理大致为：4根探针和基于磁阻的随机存储器的最上层导电层形成有效电接触，该随机存储器的结构分为上层导电层(电阻为RT)、隧穿层(RAS)和下层导电层(RB)，随机给两根探针通电，另外两根探针测量电压。当探针间距很小时，电流＝部分电流就可能经由隧穿层，通过下层导电层，形成额外的电流回路。当改变通电探针间距，就可以改变上层导电层的水平电阻RT，和下层导电层的水平电阻RB，而隧穿层的垂直电阻RAS阻数值是不随电探针间距改变的，通过改变通电探针间距，多次测量探针之间的串并联电阻，解联立方程组就可以求解基于磁阻的随机存储器的重要电学参数磁隧穿结电阻RAS(方程组为)。

为实现这一测量原理，现有欧洲专利(专利号为：EP2293086A1)，其特点是，制备一排共线导电探针(数量在10根以上)，通过任意选取其中的4根探针，借以改变通电探针间距的方式，来实现电流共面隧穿方法。该专利的探针数量是有限的，而且组合产生的探针间距数值是不连续的。因为电学参数磁隧穿结电阻是非直接测量，通过拟合推导，在实际测量过程中，一些探针间距组合是不适合电学特性拟合的，并带来巨大的测量误差。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种探针间距连续可调的探针检测装置；解决现有技术中存在探针间距不能连续可调的问题。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种探针间距连续可调的探针检测头，其特征在于：包括有水平设置的基座，基座上设有根移动梁，每根移动梁的一端连接有一个压电陶瓷体，各压电陶瓷体的伸缩轴为水平设置，压电陶瓷体与基座为固定连接，所述的每根移动梁上均固定有一根竖直设置的探针，基座上还固定有一根固定探针，固定探针与三根探针的探测头均在同一水平面上。每个压电陶瓷体上都连接有电路，通过控制施加给每个压电陶瓷体的电压，就能控制压电陶瓷体的细微长度变化。压电陶瓷体的长度变化可以同步带动移动梁以及其上的探针发生移动，这样三根探针以及固定探针之间的间距就可以连续改变。四根探针中取任意两根用作通电电极，用于给样品通电，剩下的两根用于检测样品表面的电流，然后通过欧姆定律可得出当前样品表面的电阻。通过电流共面隧穿技术测量电阻中，各探针之间的实际间距极小，间距变化的范围也在微米范围内，因此利用压电陶瓷体来改变探针间距的方式简单可靠，相对成本也较为低廉。

作为优选，各移动梁的轴向均为水平设置，且相互平行贴合，可有效缩减探针之间的间距。由于样品的规格一般较小，所以要求探针之间的间距不能过大。

作为优选，每根移动梁的两端都设有一个压电陶瓷体，各压电陶瓷体的规格一致。当一端给压电陶瓷体提升电压时，对应的另一端压电陶瓷体需要降压，这样在保证可以调节移动梁位置的同时，可以提高移动梁的稳固性。

作为优选，每根移动梁的各个端部与最接近的压电陶瓷体之间固接有连接杆。由于移动梁的尺寸要尽可能做小，而现有压电陶瓷体的尺寸要大于移动梁的尺寸，即三根移动梁的轴心距要远小于相邻压电陶瓷体的间距，因此通过连接杆可以很好的解决这个问题。

本实用新型还提供了一种探针检测装置，包括有底座、水平设置的样品台和检测架，检测架上设有探针检测头，其特征在于：所述的探针检测头为上述的探针间距连续可调的探针检测头，该探针检测头位于样品台的上侧，且探针为竖直朝下设置，样品台可沿XY轴上自由运动设置，基座为Z向台。Z向台是一种通过螺杆带动两个楔形块相对滑动使自身高度发生变化的装置，是一种现有技术。因此Z向台可以带动探针检测头下降或上升，样品台则可以通过平面移动来调整其上的样品位置，使各个样品都可以与探针接触。由于上述的探针检测头具有上述的技术效果，具有该探针检测头的新型探针检测装置也具有相同的技术效果。

作为优选，所述的底座上设有水平直线形的X轴轨道，X轴轨道上滑动配合有X向运动台，X向运动台上设有水平直线形的Y轴轨道，X轴轨道与Y轴轨道为垂直设置，Y轴轨道上滑动配合有Y向运动台，所述的样品台固定在Y向运动台上。

作为优选，X轴轨道和Y轴轨道的两端均设有一个距离感应器。起到对X向运动台、Y向运动台的限位作用。

作为优选，所述底座的下方设有承托架，承托架的顶部与底座的底面之间垫有四个橡胶块，橡胶块具有吸收震动的特性。

因此，本实用新型相比现有技术具有以下特点：1.通过压电陶瓷体带动移动梁移动，移动梁同步带动探针微动，起到连续调节四根探针之间的间距，有利于提高检测精度；2.每根移动梁的各个端部与最接近的压电陶瓷体之间固接有连接杆，解决移动梁与压电陶瓷体间距不一致是问题。

附图说明

附图1是本实用新型的一种结构示意图；

附图2是附图1的A部放大图；

附图3是探针检测装置的正视图；

附图4是探针检测装置的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：见图1、图2，一种探针间距连续可调的探针检测头，包括有水平设置的基座1，基座1上设有3根移动梁21、22、23，每根移动梁的一端连接有一个压电陶瓷体3，各压电陶瓷体3的伸缩轴为水平设置，压电陶瓷体3与基座1为固定连接，每根移动梁上均固定有一根竖直设置的探针4，基座1上还固定有一根固定探针41，固定探针41与三根探针4的探测头均在同一水平面上。每个压电陶瓷体上都连接有电路，通过控制施加给每个压电陶瓷体的电压，就能控制压电陶瓷体的细微长度变化。压电陶瓷体的长度变化可以同步带动移动梁以及其上的探针发生移动，这样三根探针以及固定探针之间的间距就可以连续改变。四根探针中取任意两根用作通电电极，用于给样品通电，剩下的两根用于检测样品表面的电流，然后通过欧姆定律可得出当前样品表面的电阻。通过电流共面隧穿技术测量电阻中，各探针之间的实际间距极小，间距变化的范围也在微米范围内，因此利用压电陶瓷体来改变探针间距的方式简单可靠，相对成本也较为低廉。

见图2，移动梁21、移动梁22和移动梁23的轴向均为水平设置，且相互平行贴合，可有效缩减探针之间的间距。由于样品的规格一般较小，所以要求探针之间的间距不能过大。

见图1，每根移动梁的两端都设有一个压电陶瓷体3，各压电陶瓷体3的规格一致。当一端给压电陶瓷体提升电压时，对应的另一端压电陶瓷体需要降压，这样在保证可以调节移动梁位置的同时，可以提高移动梁的稳固性。

见图1，每根移动梁的各个端部与最接近的压电陶瓷体3之间固接有连接杆41、连接杆42、连接杆43、连接杆42、连接杆43、连接杆46。由于移动梁的尺寸要尽可能做小，而现有压电陶瓷体的尺寸要大于移动梁的尺寸，即三根移动梁的轴心距要远小于相邻压电陶瓷体的间距，因此通过连接杆可以很好的解决这个问题。

本实用新型还提供了一种探针检测装置，包括有底座5、水平设置的样品台6和检测架7(参见图4)，检测架7上设有探针间距连续可调的探针检测头，该探针检测头位于样品台6的上侧，且探针4为竖直朝下设置，样品台6可沿XY轴上自由运动设置，基座1为Z向台。Z向台是一种通过螺杆带动两个楔形块相对滑动使自身高度发生变化的装置，是一种现有技术，其具体结构不再赘述。因此Z向台可以带动探针检测头下降或上升，样品台则可以通过平面移动来调整其上的样品位置，使各个样品都可以与探针接触。由于上述的探针检测头具有上述的技术效果，具有该探针检测头的新型探针检测装置也具有相同的技术效果。

见图3、图4，底座5上设有两条水平直线形的X轴轨道51，X轴轨道51上滑动配合有X向运动台52，X向运动台52上设有两条水平直线形的Y轴轨道53，X轴轨道51与Y轴轨道53为垂直设置，Y轴轨道53上滑动配合有Y向运动台54，样品台6固定在Y向运动台54上。X向运动台和Y向运动台可通过直线电机控制运动。

见图4，X轴轨道51和Y轴轨道53的两端均设有一个距离感应器55。起到对X向运动台、Y向运动台的限位作用。

见图3，底座5的下方设有承托架8，承托架8的顶部与底座5的底面之间垫有四个橡胶块9，橡胶块具有吸收震动的特性。

本实用新型可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本实用新型的范围。所有这样的对所述领域技术人员显而易见的修改将包括在本权利要求的范围之内。