[發(fā)明專利]一種用于半導體氣相光電性能高通量測試的芯片及裝置

無效

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• 申請日: 2010-08-04
• 公開（公告）號: CN102680399A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設計）人: 謝長生;劉源;陳浩;李華曜;曾大文
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/00
• 分類號: G01N21/00;G01R19/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及半導體納米材料的光電性能測試，具體是指一種用于半導體氣相光電性能高通量測試的芯片及裝置。

技術(shù)背景

由于太陽能的利用能夠緩解能源危機和環(huán)境問題帶來的社會壓力，人們對半導體光電材料和器件的研究越來越重視。半導體光電材料可以將一定光能轉(zhuǎn)化成電能，從而實現(xiàn)太陽能的利用。具有優(yōu)異光電性能的半導體材料，可應用于氣敏傳感器，光探測器，光催化劑等各個領域，因此具有重要的研究價值。

但是新材料的開發(fā)并不是一個簡單而順利的過程。由于目前無法根據(jù)材料的成分和處理工藝來準確地預言多元復雜體系材料的性質(zhì)或根據(jù)所需材料的性質(zhì)來設計配方和處理工藝的地步。所以通常來說，新型功能材料的發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化還是處于一種傳統(tǒng)的“炒菜”模式：嘗試-失敗-再嘗試，循環(huán)往復。使用這種“炒菜”法，周期長，費用高，需要經(jīng)過無數(shù)多次的反復試驗、改進才能得到性能優(yōu)化的新材料。其實早在1970年，Hanak等在各自的新材料篩選工作中都厭倦了不斷重復的樣品合成-表征過程，遂自發(fā)地提出了“多樣品”(即同時合成和表征多個樣品)的設想，這就是組合材料學的雛形。他提出一個完整的材料開發(fā)流程應該是：(1)在一個實驗中建立一個完整的多元材料庫；(2)通過簡單、快速、非破壞性的測試方法來檢測材料芯片上的每個材料組分；(3)計算和分析所得數(shù)據(jù)，并篩選出性能優(yōu)異的材料。然而，這樣一種方式并沒有很快得到大家的重視。1995年，Xiang等又將組合的思想重新引回新材料的研究，并《Science》上發(fā)表了名為《Acombinatorial?approach?to?materials?discovery》文章。至此，這一高效的研究方法才受到了材料科學界的高度重視，并很快在超導、巨磁阻、發(fā)光、介電/鐵電、半導體、磁光、聚合物等新型功能材料的篩選中獲得了應用?，F(xiàn)在對組合材料學的定義日趨明確，其中包含了“并行合成”與“高通量表征”兩個重要的概念。以二元復合材料為例，即為將兩組原料A_i和B_j相互作用，同時生成它們間所有可能的結(jié)合A_iB_j，再通過一定的途徑，快速表征這些產(chǎn)物的物理性質(zhì)，從中篩選新材料或可供進一步研究的線索。通過這樣的方式對新材料進行開發(fā)，可以同時獲得一定范圍內(nèi)所有材料的性能，快速篩選出合適的材料，并可以從中尋找規(guī)律，從而指導材料的設計。組合材料的方法有很多的明顯優(yōu)勢：(1)組合的方法提高了系統(tǒng)的整體效率；(2)保持實驗中外界條件的一致，消除了人為的誤差；(3)通過巨大的數(shù)量優(yōu)勢來提高新材料發(fā)現(xiàn)的幾率；(4)建立數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)材料設計提供可靠的理論依據(jù)。

目前還未見相關(guān)報道將組合材料學的方法應用于氣相條件下，高性能半導體光電材料的篩選之中。本發(fā)明提供了一種可以高通量檢測氣相條件下光電材料性能的芯片制造方案及配套裝置。它不但可以同時檢測元件庫上的多個樣本，還可以很方便對實驗條件進行多元化的調(diào)節(jié)，比如光源的波長、光照的強度、氣氛、濕度、偏置電壓等等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于半導體氣相光電性能高通量測試的芯片及裝置，芯片片可集成多個半導體樣品陣列于一塊陶瓷片上；裝置可以方便的改變光源的波長、光照強度、氣氛、濕度、偏置電壓等各種測試條件，獲得豐富的測試結(jié)果。

本發(fā)明提供的一種用于半導體氣相光電性能的高通量測試的芯片，其特征在于，芯片的底層為氧化鋁陶瓷基片，電極陣列通過絲網(wǎng)印刷的方法印制在氧化鋁陶瓷基片的表面，電極引腳通過絲網(wǎng)印刷的方法印制在氧化鋁陶瓷基片的兩側(cè)，在電極陣列的每個電極上通過噴墨打印或者絲網(wǎng)印刷的方法印制有各種待測試的半導體光電材料。

利用上述芯片構(gòu)成的高通量測試裝置，它包括封閉測試腔體和LED光源，封閉測試腔體由蓋板，中框和底板構(gòu)成，蓋板的中間開有一個窗口，窗口用石英玻璃密封，LED光源位于石英玻璃上方；

中框的相對的兩個側(cè)壁上開有進氣口和出氣口，另外兩個側(cè)壁的內(nèi)側(cè)均安置有傳感器；所述另外兩側(cè)壁內(nèi)開有凹槽，凹槽內(nèi)各安置有一塊轉(zhuǎn)接電路板，轉(zhuǎn)接電路板的內(nèi)側(cè)有簧片，轉(zhuǎn)接電路板外側(cè)有數(shù)據(jù)接口，轉(zhuǎn)接電路板用于將簧片上的信號引至數(shù)據(jù)接口；

底板上設有凸臺，該凸臺位于石英玻璃下方，凸臺用于放置芯片，簧片與芯片電極引腳為壓合式接觸。