一种薄膜高温光电物性测试装置的制造方法_2

文档序号:8885196阅读:来源:国知局
度测量单元、薄膜表面反射光强测量单元、薄膜电阻检测单元和计算机。
[0025] 温控真空管式炉包括程控加热管式炉1和用W对此程控加热管式炉抽真空的真 空累(图中未示出),此程控加热管式炉1包括程控式加热炉体11和置于此程控式加热炉 体11内的两端呈开口状的透明石英管12,通过此石英管12可方便观察样品上激光入射情 况。此石英管12的第一端开口装设有具有透明光学窗131的第一密封法兰13,此石英管 12的第二端开口装设有具有电极输出端的第二密封法兰14。W石英管12中部为内,两端 为外,石英管12上位于第一密封法兰13的内侧设有真空气压计15和保护气体入口 16,石 英管12上位于第二密封法兰14的内侧设有排气阀17、真空累接口 18。
[0026] 工作时,可通过真空累接口 18连接真空累对石英管12抽真空W减小炉内高温区 与外部的热交换;可通过保护气体入口 16充入N2或Ar等保护气体,保护样品、电极及其 它各零部件在高温下不氧化,延长使用寿命;程控式加热炉体11采用现有的程控式管式 加热炉体,其自带的温度控制器可调节升温速率及控制炉温到设定测量温度值,控温精度 ±rC,管式炉最高温度可加热到1200°C,炉内恒温区温场均匀。
[0027] 本实施例中,采用0型橡胶密封圈通过螺丝梓紧将透明光学窗131固定于第一密 封法兰13的外段(朝向石英管12的第一端开口的该一段);第二密封法兰14采用真空电 极法兰;第一密封法兰13和第二密封法兰14均采用0型橡胶密封圈和卡输完成与石英管 12的相应端口进行挤压密封。
[002引样品测试台2置于所述石英管12内的恒温区,如图2所示,样品测试台2包括耐 高温陶瓷台面21、金属探针22、金属螺钉23、金属螺母24和耐高温陶瓷垫片25 ;耐高温陶 瓷台面21通过支架底座211立设于石英管12内,即,耐高温陶瓷台面21朝向第一密封法 兰13。耐高温陶瓷台面21的外周沿均匀分布有四个安装孔,四根金属探针22为一端大一 端小的结构,其大端上分别设有相应的安装孔,四根金属探针22分别通过金属螺钉23和金 属螺母24配合各相应的安装孔安装在此耐高温陶瓷台面21上,四根金属探针22分别通过 对应的金属螺钉23和金属螺母24与四根高温导线3的一端进行电连接(高温导线3由金 属螺母24压紧进行可靠连接),四根高温导线3的另一端连接至第二密封法兰14的电极输 出端。薄膜样品4安装于耐高温陶瓷台面21上且被测表面朝向第一密封法兰13,四根金属 探针22分别与薄膜样品4的被测表面的四个角区边界附近相接触,具体地,本实施例中,薄 膜样品4呈长方形,四根金属探针22分别与长方形的四个角附近相接触,实现金属探针22 与薄膜样品4表面的电学接触;为了保持薄膜样品4的被测表面与对应的金属探针22之间 接触良好,在四根金属探针22与此耐高温陶瓷台面21之间分别垫设耐高温陶瓷垫片25。
[0029] 本实用新型中,四根金属探针22通过螺钉螺母与样品测试台2进行机械结合,方 便薄膜样品的取换,具有良好的导电性,同时可W在高温下正常工作。样品测试台2上的金 属螺钉23、金属螺母24和金属探针22可选用高烙点且热电特性稳定的金属材料如铜和不 诱钢等。高温导线3可采用销线并套有陶瓷管保护,W保证高温导线的绝缘性。耐高温陶 瓷台面21及支架底座211可根据炉内最终达到的温度来选用相适配的材料,保证所用材料 在所设定温度下不产生变形而影响测量的准确性。耐高温陶瓷台面21可由耐高温高热导 率的陶瓷如氧化侣或氮化侣等材料制成,保障与所测薄膜样品4接触的高绝缘性和耐高温 性。耐高温陶瓷台面21表面光滑使其与薄膜样品4完全接触来减小外界环境引起的振动, 方便光学测量。支架底座211由耐高温大密度材料制成,开有合适大小的凹槽,能够将耐高 温陶瓷台面21立式卡于凹槽内。支架底座211的形状可W依据炉的直径和环境而改变,W 达到可平稳样品放置和方便激光入射至样品中屯、区域的目的即可。
[0030] 温度测量单元包括热电偶31和温度转换表头32,热电偶31的测量端置于石英管 12内位于薄膜样品4附近,W保证了高温测量中薄膜样品4温度的准确性,热电偶31的冷 端电连接至第二密封法兰14相应的电极输出端,温度转换表头32的输入端通过导线与第 二密封法兰14相应的电极输出端相连接,最终实现与热电偶31的冷端进行电连接,温度转 换表头32的输出端连接至计算机7的通信端口。工作时,通过热电偶31测量薄膜样品4 的温度,输出热电势信号,此热电势信号通过第二密封法兰14相应的电极输出端与温度转 换表头32连接转换,与计算机7的通信端口相接,输出薄膜样品4实时温度信号。热电偶 31的布置也可W根据样品测试台2形状的改变而改变,保持其测量端位于恒温区薄膜样品 4附近即可。
[0031] 薄膜表面反射光强测量单元包括激光器51、半透半反棱镜52、第一聚焦透镜53、 透明光学窗131、第二聚焦透镜54、滤光片55和光电检测模块56。激光器51、半透半反棱 镜52、第一聚焦透镜53和透明光学窗131沿入射光路依次设置,透明光学窗131、第一聚焦 透镜53、半透半反棱镜52、第二聚焦透镜54、滤光片55和光电检测模块56沿反射光路依次 设置。工作时,激光经入射光路垂直正入射置于炉中恒温区的安置于样品测试台2上的薄 膜样品4的表面中屯、区域,薄膜样品4表面反射回来的光到达光电检测模块56,光电检测模 块56将光信号转换为电信号送入下述数据采集/控制单元65的输入端口由计算机7进行 数据采集处理。
[0032] 在本实施例中,激光器51采用高稳定性的氮氛激光器,提高测量灵敏度;在该激 光器51与透明光学窗131之间设置半透半反棱镜52,可将垂直入射薄膜样品4表面的激光 入射和反射光路分开,方便测量。透明光学窗131可采用两面锻有光学增透膜、膨胀系数小 的透明石英窗片。在半透半反棱镜52与光电检测模块56之间设有窄带滤光片55,W排除 其它杂散光对光电检测模块56的影响干扰,提高光电检测模块56输出信号的信噪比。第 一、第二聚焦透镜53、54分别用于调整激光光斑在薄膜样品4表面和光电检测模块56上的 大小及位置。光电检测模块56为常规的光电检测模块,可选增益可调型。
[0033] 薄膜电阻检测单元采用范德堡法表面电阻测量单元,其包括恒流源61、纳伏表 62、电路切换控制模块和四根金属探针22。
[0034] 如图3所示,电路切换控制模块包括探针输入/输出端切换开关63、电流极性切换 开关64和数据采集/控制单元65 ;四根金属探针22分别通过高温导线3对应电连接至第 二密封法兰14的电极输出端,第二密封法兰14的电极输出端对应于四根金属探针22的端 口连接至探针输入/输出端切换开关63的独立输入输出端,恒流源61的输出端通过电流 极性切换开关64连接至探针输入/输出端切换开关63的两路公共输入输出端,恒流源61 的输出端还连接至计算机7。纳伏表62的输入端连接探针输入/输出端切换开关63的另 外两路公共输入输出端,纳伏表62的输出端连接至计算机7的通信端口;数据采集/控制 单元65与计算机7的通讯端口相连接,光电检测模块56的输出端连接数据采集/控制单 元65的信号采集输入端,数据采集/控制单元65的选通控制端分别对应连接至探针输入 /输出端切换开关63的控制输入端和电流极性切换开关64的控制输入端。
[0035] 工作时,探针输入/输出端切换开关63根据数据采集/控制单元56发来的电路 切换选通控制信号选择四根金属探针22中相邻的两根作为电流探针,另外相邻的两根则 作为电压探针;数据采集/控制单元65也控制电流极性切换开关64,改变测试电流流入和 流出金属探针22的极性。
[0036] 在本实
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