二维磁场探针台测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于物理及半导体测量技术领域，具体为一种二维磁场探针台测量系统。
【背景技术】
[0002]探针台在物理及半导体领域是一种应用广泛的非破坏性测试手段，可以对材料或器件的电学特性、光电特性、高频特性(射频、微波、毫米波、太赫兹波)等测量提供一个平台。磁场探针台可提供磁场并施加于材料或器件，研宄它们在磁场下的相关特性，其典型应用包括磁学、自旋电子学、半导体物理与器件、量子器件等。
[0003]目前，磁场探针台被广泛应用，但它存在不足之处:现有的磁场探针台主要提供一个维度(方向)的磁场，不能满足研宄材料或器件随磁场方向变化的特性等需求；并且它能够放置的探针座和探针较少，使得进行一些更为复杂的测量变得困难。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提出一种二维磁场探针台测量系统，以解决现有磁场探针台不能改变磁场方向、可放置探针座和探针较少的问题，可有效改变磁场方向，根据需要设置探针座和探针的数量，可广泛应用于物理及半导体测量的各种场景。
[0005]本发明的技术方案如下:
二维磁场探针台测量系统，其特征在于包括:
一个基座，用于承载和固定其它部件；
一个二维磁场电磁铁，用于产生二维磁场，固定于基座上；
一个载物台卡盘，用于放置待测的样品，位于二维磁场电磁铁磁极中央并固定于基座上;
一个中间开口的探针平台，用于承载和固定探针座，位于二维磁场电磁铁的上方，中间开口正对于载物台卡盘的上方；
多个匹配安装的探针座和探针，用于接触载物台卡盘上的样品；探针座和探针沿探针平台的中间开口均匀环绕分布；探针平台的中间开口设计使得可以放置更多的探针座和探针，从而实现二维磁场环境下更为复杂的直流及高频探针测量；
多个直流及高频仪器，通过线缆连接探针测量磁场环境下的样品；
一套显微测量装置，用于观测探针针尖和样品并进行操作。
[0006]所述二维磁场电磁铁为平卧的四极电磁铁，四极通过闭合的框架轭铁固定，两两相对并互相垂直，中间留有空隙；相对两极的线圈串联形成一对，四个线圈组成相互垂直的两对。利用一个励磁电源给其中一对线圈提供电流，获得一维磁场；利用第二个励磁电源给另一对线圈提供电流，获得与前述一维磁场垂直的另一维磁场；通过调节两个励磁电流的方向和大小，这二维磁场可合成平面内任意方向、任意大小(一定范围内)的磁场。计算机可控制二个励磁电源，从而实现对二维磁场的控制。四极结构可作变化使二维磁场整体向上平移。
[0007]样品通过真空吸附固定于载物台卡盘上，感受二维磁场；载物台卡盘可进行XYZ轴三维移动，通过加热或制冷满足变温需求。
[0008]所述探针平台通过若干过均匀设置的支柱固定于基座上。
[0009]当探针平台的表面光滑时，探针座为真空吸附型，通过真空吸附固定于探针平台上表面；当探针平台为光学面包板时，探针座上设置固定槽，通过螺丝配合固定槽将探针座固定于探针平台上。
[0010]所述探针座可进行XYZ轴调节，从而使探针通过开口接触载物台卡盘上的样品；所述探针可进行XYZ轴三维微调，针通过线缆连接相应的直流及高频仪器测量磁场环境下的样品。所述探针座和探针为直流、高频型，高频包含射频、微波、毫米波和太赫兹波频段。
[0011]所述直流及高频仪器包括电流源表、纳伏表、半导体参数分析仪、锁相放大器、高频信号源、高频频谱仪、高频矢量网络分析仪等。
[0012]所述显微测量装置通过探针平台边缘的立柱固定，显微测量装置的光学显微镜可三维移动，搭载CCD摄像机进行成像显示。
[0013]所述探针平台的边缘处设置有一垂直板，垂直板上安装有转接头阵列、空气开关阵列；转接头用于直流及低频线缆的转接，空气开关用于控制载物台卡盘、吸附型探针座的空气线路通断。
[0014]计算机通过数据控制线连接励磁电源、直流及高频仪器、显微测量装置等，通过编写的软件进行磁场大小和方向控制、仪器自动控制、数据采集和处理等，形成集成化智能化的二维磁场探针台测量系统。
[0015]本发明的有益效果如下:
本发明的磁场探针台可实现二维磁场探针测量功能，通过改变电流方向和大小可有效改变磁场方向，根据需要设置探针座和探针的数量；本发明设置的基座可起到减振作用，垂直板上的转接头可有效减小线缆振动的影响，改变磁场方向和大小时没有振动，从而系统整体的机械振动小；根据需要可灵活放置任意探针座实现复杂测量、可一维和二维磁场测量，具有较好的灵活性；二维磁场测量、可放置较多探针座和探针，故性能优良；整套系统相对现有的商用磁场探针台来说，性价比高，可广泛应用于物理及半导体测量的各种场景。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的二维磁场电磁铁及其控制示意图图3为本发明的载物台卡盘示意图；
图4为本发明采用真空吸附型探针平台和探针座的结构示意图；
图5为本发明采用螺丝固定型探针平台和探针座的结构示意图；
图6为本发明的系统控制示意图；
其中，附图标记为:1基座，2 二维磁场电磁铁，3载物台卡盘，4支柱，5探针平台，5-1真空吸附型探针平台，5-2螺丝固定型探针平台，6开口，7探针座，7-1吸附型探针座，7-2带有固定槽的探针座，8探针，8-1、8-2、8-3……直流探针，8-1 ’、8_2’、8_3’……高频探针，9线缆，10直流、高频仪器，10-1、10-2、10-3……直流仪器，10-1’、10-2’、10-3’……高频仪器，11显微测量装置，12探针平台边缘的立柱，13转接头阵列，14空气开关阵列，15垂直板，16-19线圈，20框架轭铁，21-22励磁电源，23、24、25磁场，26载物台卡盘的真空吸附孔，27载物台卡盘的真空口，28 X/Y轴旋钮，29 Z轴旋钮，30密封圈，31探针座的真空吸附孔，32探针座的真空口，33 XYZ轴移动旋钮，34螺丝孔，35固定槽，36螺丝。
【具体实施方式】
[0017]本发明提供了一种二维磁场探针台测量系统，整体结构如图1所示，包括:用于承载和固定二维磁场探针台其它部件的基座I ;平卧并固定于基座上的二维磁场电磁铁2 ;位于二维磁场电磁铁2的磁极中央并固定于基座I上的载物台卡盘3，用于放置和吸附待测样品；位于二维磁场电磁铁2的上方、通过支柱4固定于基座I的探针平台5，探针平台5的中间有开口 6 ;环绕开口 6放置的多个探针座7和探针8，探针8通过开口 6接触载物台卡盘3上的样品；探针8通过线缆9连接相应的直流、高频仪器10进行测量；一套显微测量装置11固定于探针平台5边缘的立柱12上；转接头阵列13、空气开关阵列14固定于探针平台5边缘的垂直板15上。
[0018]二维磁场电磁铁2为四极结构电磁铁，如图2所示。四极的线圈16、17、18、19通过闭合的框架轭铁20固定，相对两极的线圈串联形成一对，四个线圈组成相互垂直的两对(16和17、18和19)。利用励磁电源21给其中一对线圈提供电流，获得一维磁场23 ;利用第二个励磁电源22给另一对线圈提供电流，获得与前述一维磁场垂直的另一维磁场24 ;通过调节两个励磁电源21、22输出电流的方向和大小，磁场23、24可合成平面内任意方向、任意大小(一定范围内，达数千奥斯