样品10放置于样品台12，所述样品台12能够调整相对于椭圆偏光仪151和分析仪152的入射角度。椭圆偏光仪151与计算机16连接，所述计算机16能够使椭圆偏光仪151和分析仪152在吸附和解吸的过程中以所需的时间分辨率对椭圆偏光角进行测定。
[0039]接下来，在温度调控步骤中，通过温度调控单元将置于样品台上的样品的温度调节控制为某一恒定温度(步骤S1、S2)，例如20°C。
[0040]在图5所示的混合气体制备步骤(步骤S3)的子流程图中，使来自气体储罐141的气体经过减压装置142后，在混合气体制备装置143中形成混合气体。首先，利用起泡器温度调控单元1434将起泡器1431的温度调节并固定为预定温度(步骤S31、S32)。接下来，调节并固定第一流量控制器1432的流量(步骤S33)，使来自气体储罐141的气体经由第一流量控制器1432以一定流量进入起泡器1431，从而形成混合气体。利用混合气体温度调控单元1435对从起泡器1431流出的混合气体的温度进一步进行调节和控制(步骤S34)。通过调节第二流量控制器1433的流量，对混合气体中直接来自气体储罐141的气体的比例进行调节，从而调节混合气体的溶剂蒸气分压(步骤S35)。接下来，判断是否需要继续进行测试(步骤S36)，在判断为是的情况下，调节起泡器141的温度(步骤S37)，并重复上述步骤S32?S35，直至步骤S36中判断为否。
[0041 ]详细来说，在气体储罐141内部填充惰性气体(Ar、He、N2)，使气流通过减压装置142而进入到气体混合系统即起泡器1431，在此载气与被选作孔隙度评价的活性吸附剂(异丙醇、甲醇、水、甲苯等)混合。所述气体混合系统必须允许将“活性吸附剂”的浓度从零(只有载气)变换到100% (只有活性吸附剂)，所产生的浓度也应该对应于所测得的偏振角度而同时被存储到计算机。更详细来说，将进气流一分为二，其中一个支气流与液体“活性吸附剂”一起通过起泡器。该支气流被吸附剂饱和渗透直至达到由温度和载气流量所决定的规定浓度。利用第二支气流对通过从起泡器流出的气体进行稀释以降低吸附浓度。这里，假定在起泡器中盛放甲苯并利用起泡器温度调控单元1434将起泡器调控为固定温度。此时，甲苯的蒸气压力为25torr(Po)。通过起泡器的载气中将会具有同样的甲苯分压。然而，由于本系统具有第二支气流，因此如果通过另一个支气流将同样的附加载气气流混入到甲苯的蒸气中，则从混合气体制备系统出来的甲苯的蒸气分压将是12.5torr(P)。如此，能够将甲苯的蒸气分压在从0 (P/Po = 0)到25 torr (P/Po = 1)的范围内进行控制。
[0042]接下来，返回图4，在图4所示的气体喷出步骤(步骤S4)中，利用气流喷出装置145，将混合气体以一定的流量喷射到样品表面。
[0043]在图4所示的光学分析步骤(步骤S5)中，利用椭圆偏光仪151和分析仪152，基于公知的椭圆偏光分析方法对样品进行分析。具体来说，使具有特定吸附剂浓度的气流经过气体混合系统后进入气流喷出装置145(气体喷流形成系统)后(步骤S4)，使所形成的气体喷流具有与投射在测试面上的激光束斑接近的可控制的尺寸，同时利用椭圆偏光仪151和分析仪152对样品进行测试和分析(步骤S5)。判断是否得到预定数目的吸附-解吸等温线(步骤S6)，在判断为否的情况下，调节改变样品的温度(步骤S7)，重复步骤S2?S5，直至得到预定数目的吸附-解吸等温线。这与以往技术的基于腔室的系统相比，能够大幅度地降低所使用的吸附剂的量。
[0044]另外，作为本发明的另一实施例，混合气体制备步骤中，也可以使使来自气体储罐141的气体经由第三流量控制器1438进入密闭气体混合室1437，利用吸附物液滴喷射器1436向密闭气体混合室1437内喷射溶剂蒸气或液滴，从而形成混合气体。这里可以通过控制吸附物液滴喷射器1436的喷射量从而控制混合气体中的甲苯的蒸气分压。
[0045]图6示出了针对低-k膜所测试的吸附-解吸等温线的示例。本发明测试的结果:图6A为两种多孔低介电常数材料(介电常数分别为1.8和2.2)的总孔体积随着吸附介质分压的变化；图6B为这两种多孔材料测试出的孔径大小。吸附和解吸曲线都有显示。显然，介电常数低的材料总孔体积大，这个和克劳修斯-莫索提方程(Clausius-Mossotti equat1n)相吻合。所得到的结果与标准椭圆偏光孔隙度测定法所得到数据相比得到了比较理想的结果。为了计算孔半径，可以利用开尔文方程(Kelvin Equat1n)绘制微分dV/dR相对于孔半径的曲线(这里V是孔体积，R是孔半径)。这种情况下，就能得到累积孔半径分布如图6B所不ο
[0046]图7示出了针对某一样品Α(孔隙度45%、厚度200nm、孔半径2.2nm，介电常数1.8)吸附和解吸阶段达到平衡所用的时间，从而推算出本发明的测试速度。例如，在25秒这一时点打开阀门，在40秒这一时点达到饱和，则需要15秒时间达到平衡。如果在70秒这一时点打开阀门而在80秒这一时点达到饱和，则需要10秒。在孔径测量过程中，吸附和解吸达到饱和是测试必要的条件。该时间反映了测试1个点所需要的时间。假设得到一个完整和高分辨率的吸附-解吸等温线需要30次测量，则该测量薄膜所需时间总共为300?450秒(<10分钟)。实验证明，对该膜进行整个测试循环所需的时间是大约5分钟，与传统的孔隙度测试仪相比，所需时间小一个数量级。
[0047]由此，本发明的样品测试系统和样品测试方法能够大幅度降低成本(不需要腔室和真空)，与任何独立的椭圆偏光仪兼容，比传统孔隙度测试仪测试速度快，完成测定需要5?10分钟，而传统的椭圆偏光孔隙度测试仪需要1小时。并且具有更少的吸附剂消耗(仅较小的点而非对整个腔室的填充)。
[0048]以上描述只是为了示例说明和描述本发明，而非意图穷举和限制本发明。因此，本发明不局限于所描述的实施例。对于本领域的技术人员明显可知的变型或更改，均在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种样品分析系统，其特征在于， 具备: 样品台； 样品温度调控单元，其包括样品温度测试装置、样品温度调节装置、和样品温度控制装置； 气体供给单元，其包括气体储罐、减压装置、混合气体制备装置、和气流喷出装置；以及 光学分析单元，其包括偏光仪和分析仪。2.根据权利要求1所述的样品分析系统，其特征在于， 所述混合气体制备装置包括起泡器、第一流量控制器、第二流量控制器、起泡器温度调控单元、以及混合气体温度调控单元。3.根据权利要求2所述的样品分析系统，其特征在于， 所述起泡器温度调控单元包括起泡器温度测试装置、起泡器温度调节装置和起泡器温度控制装置，所述混合气体温度调控单元包括混合气体温度测试装置、混合气体温度调节装置和混合气体温度控制装置。4.根据权利要求1所述的样品分析系统，其特征在于， 所述混合气体制备装置包括吸附物液滴喷射器、第三流量控制器和密闭气体混合室。5.根据权利要求1?4中任一项所述的样品分析系统，其特征在于， 还包括:计算机控制单元，其对所述样品温度调控单元、所述气体供给单元、和所述光学分析单元总体进行控制。6.—种样品分析方法，所使用的样品分析系统具备:样品台；样品温度调控单元;气体供给单元，其包括气体储罐、减压装置、混合气体制备装置、和气流喷出装置；以及光学分析单元，其包括偏光仪和分析仪，该样品分析方法的特征在于， 具有: 样品温度调控步骤，通过所述样品温度调控单元将置于所述样品台上的样品的温度调节控制为某一恒定温度； 混合气体制备步骤，使来自所述气体储罐的气体经过减压装置后，在所述混合气体制备装置形成混合气体； 气体喷出步骤，利用所述气流喷出装置，将混合气体以一定的流量喷射到样品表面；以及 光学分析步骤，利用所述偏光仪和所述分析仪，采用椭圆偏光法对所述样品进行分析。7.根据权利要求6所述的样品分析方法，其特征在于， 所述混合气体制备步骤中，使所述来自气体储罐的气体经由第一流量控制器进入起泡器后与从所述气体储罐经由第二流量控制器而来的气体混合，通过起泡器温度调控单元，将起泡器的温度调节控制为某一恒定温度。8.根据权利要求7所述的样品分析方法，其特征在于， 所述混合气体制备步骤中，利用混合气体温度调控单元进一步将从起泡器流出的混合气体的温度精细调节控制为某一恒定温度。9.根据权利要求7或8所述的样品分析方法，其特征在于， 所述混合气体制备步骤中，通过控制第二流量控制器的流量而对混合气体中的溶剂蒸气分压进行控制。10.根据权利要求6所述的样品分析方法，其特征在于， 所述混合气体制备步骤中，使来自气体储罐的气体经由第三流量控制器进入密闭气体混合室，利用吸附物液滴喷射器向所述密闭气体混合室内喷射溶剂蒸气或液滴，从而形成混合气体。
【专利摘要】本发明公开一种样品分析系统以及样品分析方法，该样品分析系统具备：样品台；样品温度调控单元，其包括样品温度测试装置、样品温度调节装置、和样品温度控制装置；气体供给单元，其包括气体储罐、减压装置、混合气体制备装置、和气流喷出装置；以及光学分析单元，其包括偏光仪和分析仪。所涉及的样品分析方法具有：样品温度调控步骤，通过所述样品温度调控单元将置于所述样品台上的样品的温度调节控制为某一恒定温度；混合气体制备步骤，使来自所述气体储罐的气体经过减压装置后，在所述混合气体制备装置形成混合气体；气体喷出步骤，利用所述气流喷出装置，将混合气体以一定的流量喷射到样品表面；光学分析步骤，利用所述偏光仪和所述分析仪，采用椭圆偏光法对所述样品进行分析。
【IPC分类】G01N21/21
【公开号】CN105445201
【申请号】CN201510751567
【发明人】康斯坦丁·莫吉利尼科夫, 许开东
【申请人】江苏鲁汶仪器有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月6日