一种气氛可控多器件场效应晶体管密封测试装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种气氛可控多器件场效应晶体管(FET)密封测试装置，属于物理测试技术领域。装置分为两个部分：气氛控制单元，包括进气管、出气管、真空表和真空泵；测试单元，包括样品台和电极引出装置，样品台与电极引出装置连接，电极引出装置引出的电极线与数字源表的连接。本装置使用气氛可控，与湿度发生罐、标准气配合能实现不同气氛的调节，与真空泵配合可实现真空气氛，利于质子型FET，气敏FET的性能表征。整个装置可设计为金属环绕，实现法拉第笼的电磁屏蔽功能，利于纳安及以下的精细电流测量。本装置还可实现多个器件同时测量。
【专利说明】
一种气氛可控多器件场效应晶体管密封测试装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种气氛可控多器件场效应晶体管(FET)密封测试装置，属于物理测试技术领域。
【背景技术】
[0002]场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)简称场效应管。由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件。FET有三个晶体管，栅极，漏极，源极，它的特点是栅极的内阻极高，例如采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧，属于电压控制型器件。场效应管可应用于放大电路，电子开关，阻抗变换，恒流源，气敏传感器，生物基可穿戴设备(质子传导FET)等。
[0003]对于用于气敏传感器和生物基可穿戴设备的FET，性能表征时常常需要用到特定的气氛诸如氢气、湿度、VOCs标准气等，同时要求能同时进行多样品测试以便测定器件的重复性与不同器件的单因素性能对比。因此，设计制造一种能同时测量多个样品，气氛可控场效应晶体管密封测试装置对于未来基于FET的气敏传感器和生物基可穿戴设备领域的发展至关重要。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种气氛可控场效应晶体管密封测试装置。本发明的目的通过以下技术方案实现。
[0005]一种气氛可控场效应晶体管密封测试装置，包括样品承载单元和气氛保持单元，样品承载单元被气氛保持单元环绕，气氛保持单元使整个测试装置处于所需气氛中，样品承载单元包括样品台和电极引出装置，电极引出装置使样品与外部测试仪表构成通路。测试时，将样品置于样品台上，通过气氛保持单元使整个测试装置处于所需气氛中，电极引出装置使样品与外部测试仪表(例如数字源表Keithley 4200)构成通路，实现对FET器件的性能测试。
[0006]进一步地，所述气氛保持单元包括密闭容器，密闭容器上的进气管路、出气管路、压力表和气体抽吸装置。
[0007]进一步地，所述气氛保持单元包括密闭容器，密闭容器上的两个进气管、一个出气管、一个真空表和真空栗。
[0008]将样品台的电极引出实现与样品与外部测试仪表构成通路，同时实现测试装置的密封，是本发明的关键。为此，发明人对样品承载单元和气氛保持单元做了精心设计，以实现上述目标。
[0009]气氛保持单元的密闭容器包括主罐体、主罐体上部的突出圆筒以及密闭突出圆筒的密封件，密封件分为两部分:密封件a和密封件b，密封件a和密封件b通过管口螺纹和橡胶圈在突出圆筒外侧压紧密封，密封件b分为内件和外件两部分，内件和外件机械连接，内件与进气管路、出气管路和压力表连接并开有电极转接口，内件与突出圆筒顶部焊接在一起，外件上开有电极转接口；样品承载单元包括样品台、连接件以及固定样品台和连接件的固定零件，样品台上的样品电极引出后与连接件上的电缆连接，电缆通过密封件b内件上的电极转接口连接引出并用环氧树脂密封，引出的电极线通过密封件b外件上的电极转接口与数字源表连接。
[0010]进一步地，电极转接口个数是数字源表电极个数的η倍，η为自然数，可以实现同时测量η个样品。
[0011 ]进一步地，整个装置均为金属环绕，实现法拉第笼的电磁屏蔽功能，利于ηΑ及以下的精细电流测量。
[0012]本发明具有以下优点:本装置使用气氛可控，与湿度发生罐、标准气配合能实现不同气氛的调节，与真空栗配合可实现真空气氛，利于质子型FET、气敏FET的性能表征;通过改变电极数量，可以同时实现多组样品FET的测试;本装置能实现法拉第笼屏蔽电磁干扰，实现纳安及以下的精细电流测量;本装置采用焊接密封与环氧树脂密封，可耐真空，耐压IMPa以上。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的气氛可变多器件FET密封测试装置截面图。
[0014]图2是本发明的气氛可变多器件FET密封测试装置上半部分截面放大图。
[0015]图3是本发明的气氛可变多器件FET密封测试装置密封件b内件俯视图。
[0016]图4是本发明的气氛可变多器件FET密封测试装置密封件b外件俯视图。
[0017]附图标记:1-密封件，2-密封件a，3-密封件b，4_电极转接口，5_突出圆筒，6_进气管，7-出气管，8-主罐体，9-连接件，I O-样品台，11-螺钉，12-真空表，13-密封件b外件，14-橡胶圈。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图对本发明做进一步说明。
[0019]—种气氛可控场效应晶体管密封测试装置，包括样品承载单元和气氛保持单元，样品承载单元被气氛保持单元环绕，气氛保持单元使整个测试装置处于所需气氛中，样品承载单元包括样品台和电极引出装置，电极引出装置使样品与外部测试仪表构成通路。所述气氛保持单元包括密闭容器，密闭容器上的进气管路、出气管路、压力表和气体抽吸装置。气氛保持单元的密闭容器包括主罐体8、主罐体8上部的突出圆筒5以及密闭突出圆筒5的密封件I，密封件I分为密封件a2和密封件b3两部分，密封件a2和密封件b3通过管口螺纹和橡胶圈I在突出圆筒5外侧压紧密封，密封件b分为内件和外件两部分，内件和外件机械连接，内件与进气管路6、出气管路7和压力表12连接并开有电极转接口4，内件与突出圆筒5顶部焊接在一起，外件上开有电极转接口 4;样品承载单元包括样品台10、连接件9以及固定样品台和连接件的固定零件11，样品台10上的样品电极引出后与连接件9上的电缆连接，电缆通过密封件b3内件上的电极转接口4连接引出并用环氧树脂密封，引出的电极线通过密封件b3外件上的电极转接口4与数字源表连接。测试时，将样品置于样品台上，通过气氛保持单元使整个测试装置处于所需气氛中，电极引出装置使样品与外部测试仪表(例如数字源表Keithley 4200)构成通路，实现对FET器件的性能测试。
[0020]实施例1
[0021]在预制Au电极的含有300nmS12的Si基片上制备不同厚度的ZnO薄膜，利用Au对电极为源漏极，Si为栅极，S12为介电层，制备具有不同厚度ZnO薄膜的Au底电极FET。将厚度为50、100和20011111的2110 FET通过绝缘胶固定于样品台上，通过导电金胶引出Au线与各自电极连接。然后将含样品台的密封件与罐体密封固定，电极接头与数字源表相连，通过质量流量计调节干燥空气和湿度发生罐空气流量实现不同的湿度(0-100 %RH)，实现多个ZnO样品FET性能随湿度变化的测试。
[0022]实施例2
[0023]在含有300nm S12的Si基片上制备不同厚度的HKUST-1薄膜(HKUST-1为铜离子与均苯三甲酸配位所得金属有机框架材料)，然后在薄膜上表面热蒸发沉积Au电极为源漏极，Si为栅极，S12为介电层，制备具有不同厚度HKUST-1薄膜的Au顶电极FET。将厚度为10、20和50nm的HKUST-1薄膜的Au电极FET通过绝缘胶固定于样品台上，通过导电金胶引出Au线与各自电极连接。然后将含样品台的密封件与罐体密封固定，电极接头与数字源表相连，通过质量流量计调节预制标准气(体积:5%出，95%犯)、纯氮气和湿度发生罐气体流量实现不同的湿度(0_100%RH)和氢气浓度(0.05-0.5%)的控制，实现多个样品FET性能随氢气浓度和湿度变化的测试。
[0024]实施例3
[0025]在预制Pd电极的含有300nm S12的Si基片上制备不同厚度的铜配位四羧基苯基卟啉(Cu-TCPP)薄膜，利用Pd对电极为源漏极，Si为栅极，S12为介电层，制备具有不同厚度Cu-TCPP薄膜的Pd电极FET。将厚度为30、50、10nm的Cu-TCPP薄膜的Pd电极FET通过绝缘胶固定于样品台上，通过导电金胶引出Au线与各自电极连接。然后将含样品台的密封件与罐体密封固定，电极接头与数字源表相连，通过质量流量计调节预制标准气(体积:5%H2，95%N2)、纯氮气和湿度发生罐气体流量实现不同的湿度(0-100%RH)和氢气浓度(0.05-0.5%)的控制，实现多个样品FET性能随氢气浓度和湿度变化的测试。
[0026]实施例4
[0027]在预制Au电极的含有300nmSi02的Si基片上真空沉积不同厚度的并五苯薄膜，利用Au对电极为源漏极，Si为栅极，S12为介电层，制备具有不同厚度并五苯薄膜的Au电极FET。将厚度为50、100、200nm的并五苯薄膜FET通过绝缘胶固定于样品台上，通过导电金胶引出Au线与各自电极连接。然后将含样品台的密封件与罐体密封固定，电极接头与数字源表相连，通过真空栗控制真空度，实现多个样品FET性能在真空和常压气氛的测试。
【主权项】
1.一种气氛可控场效应晶体管密封测试装置，其特征在于，包括样品承载单元和气氛保持单元，样品承载单元被气氛保持单元环绕，气氛保持单元使整个测试装置处于所需气氛中，样品承载单元包括样品台和电极引出装置，电极引出装置使样品与外部测试仪表构成通路。2.根据权利要求1所述的气氛可控场效应晶体管密封测试装置，其特征在于，所述气氛保持单元包括密闭容器，密闭容器上的进气管路、出气管路、压力表和气体抽吸装置。3.根据权利要求1所述的气氛可控场效应晶体管密封测试装置，其特征在于，所述气氛保持单元包括密闭容器，密闭容器上的两个进气管、一个出气管、一个真空表和真空栗。4.根据权利要求1所述的气氛可控场效应晶体管密封测试装置，其特征在于，气氛保持单元的密闭容器包括主罐体、主罐体上部的突出圆筒以及密闭突出圆筒的密封件，密封件分为两部分:密封件a和密封件b，密封件a和密封件b通过管口螺纹和橡胶圈在突出圆筒外侧压紧密封，密封件b分为内件和外件两部分，内件和外件机械连接，内件与进气管路、出气管路和压力表连接并开有电极转接口，内件与突出圆筒顶部焊接在一起，外件上开有电极转接口；样品承载单元包括样品台、连接件以及固定样品台和连接件的固定零件，样品台上的样品电极引出后与连接件上的电缆连接，电缆通过密封件b内件上的电极转接口连接引出并用环氧树脂密封，引出的电极线通过密封件b外件上的电极转接口与数字源表连接。5.根据权利要求4所述的气氛可控场效应晶体管密封测试装置，其特征在于，电极转接口个数是数字源表电极个数的η倍，η为自然数。6.根据权利要求1所述的气氛可控场效应晶体管密封测试装置，其特征在于，整个装置均为金属环绕。
【文档编号】G01N27/414GK105973967SQ201610557234
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】姚明水, 徐刚
【申请人】中国科学院福建物质结构研究所