[發(fā)明專利]一種半導(dǎo)體多電學(xué)參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310539101.1
• 申請(qǐng)日: 2013-11-04
• 公開（公告）號(hào): CN104614654A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡志高;李旭瑞;褚君浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/26
• 分類號(hào): G01R31/26
• 代理公司: 上海麥其知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于在復(fù)雜環(huán)境下自動(dòng)化測(cè)量多種電學(xué)輸運(yùn)參數(shù)的半導(dǎo)體多電學(xué)參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在研究半導(dǎo)體材料與器件的過程中，電學(xué)輸運(yùn)測(cè)試是一種十分重要而且常用的研究手段。通過改變溫度磁場(chǎng)等外界條件，可以研究樣品的電阻率、遷移率、載流子濃度等不同輸運(yùn)參數(shù)受外場(chǎng)的影響。

然而，目前大部分精密電輸運(yùn)測(cè)試系統(tǒng)的功能都比較單一，只能實(shí)現(xiàn)一種或少數(shù)幾種電輸運(yùn)特性的測(cè)試。如果需要測(cè)試現(xiàn)有系統(tǒng)所測(cè)電輸運(yùn)特性之外的參數(shù)，則又需要重新購(gòu)置另外一整套系統(tǒng)，這樣既浪費(fèi)了資金又需要重新花費(fèi)精力去學(xué)習(xí)新系統(tǒng)的使用。

僅以電阻測(cè)試為例，不同的樣品具有的電阻大小不同，其測(cè)試方法也不一樣，尤其是阻值很低和阻值很高的電阻，都分別需要特殊的測(cè)試方法才能實(shí)現(xiàn)精確測(cè)試。而傳統(tǒng)的輸運(yùn)測(cè)試系統(tǒng)很少能同時(shí)兼顧超低阻和超高阻材料的精確測(cè)試。而且有些半導(dǎo)體的霍爾現(xiàn)象不是很明顯，即使加很大的磁場(chǎng)所得到的霍爾電壓也不是很大，很容易被噪聲淹沒，這就需要極其良好的屏蔽及接地，同時(shí)對(duì)儀器及測(cè)試導(dǎo)線進(jìn)行更加精密的加工，但即使這樣也可能不能保證系統(tǒng)的精度效果。

現(xiàn)有的精密電輸運(yùn)測(cè)試系統(tǒng)的變溫測(cè)試均為手動(dòng)控制的，比如在第一個(gè)溫度點(diǎn)下測(cè)試完一系列參數(shù)之后，需要手動(dòng)控制溫控儀將溫度改變到第二個(gè)溫度點(diǎn)，再進(jìn)行下一步的測(cè)試。這樣如果需要測(cè)試很多溫度點(diǎn)，就會(huì)很耗時(shí)而且非常繁瑣。

同樣的很少有系統(tǒng)能夠全自動(dòng)地測(cè)試不同溫度，不同磁場(chǎng)下樣品的I-V曲線。而且隨著現(xiàn)代電子器件尺寸的不斷縮小，其電輸運(yùn)性能將受到量子效應(yīng)的影響，單次I-V曲線的測(cè)試已經(jīng)不能滿足對(duì)電阻分析的需求，而需要其器件的I-V曲線在大量數(shù)據(jù)點(diǎn)上的斜率，這就需要我們繪制微分電導(dǎo)圖。尤其是對(duì)低溫半導(dǎo)體器件來說，微分電導(dǎo)的測(cè)試尤為重要，且不同的溫度、磁場(chǎng)或者光照等環(huán)境會(huì)影響器件的量子特性甚至自旋特性，從而導(dǎo)致微分電導(dǎo)的變化。然而目前幾乎沒有能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試變溫微分電導(dǎo)或者變磁場(chǎng)微分電導(dǎo)的測(cè)試的系統(tǒng)。

更加重要的是，一般來說光照都會(huì)對(duì)樣品的電輸運(yùn)特性產(chǎn)生非常巨大的影響，但是由于低溫強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境一般都是封閉的，所以目前幾乎沒有類似的變溫變磁場(chǎng)輸運(yùn)系統(tǒng)能夠在不同光照下精確研究樣品的電輸運(yùn)特性。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中無法同時(shí)測(cè)試多種電輸運(yùn)參數(shù)、測(cè)試操作過程復(fù)雜繁瑣以及無法實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)化測(cè)量等缺陷，提出了一種半導(dǎo)體多電學(xué)參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種半導(dǎo)體多電學(xué)參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，包括：測(cè)試環(huán)境調(diào)控單元，其用以提供不同溫度、磁場(chǎng)和光照的測(cè)試環(huán)境；信號(hào)測(cè)試單元，其用以測(cè)試在所述測(cè)試環(huán)境下被測(cè)樣品的電輸運(yùn)參數(shù)；主控單元，其控制所述測(cè)試環(huán)境調(diào)控單元調(diào)節(jié)所述測(cè)試環(huán)境，控制所述信號(hào)測(cè)試單元完成自動(dòng)化測(cè)試以及處理分析上所述被測(cè)樣品的電輸運(yùn)參數(shù)。

本發(fā)明提出的半導(dǎo)體多電學(xué)參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中，所述信號(hào)測(cè)試單元包括：電流源，其與所述被測(cè)樣品連接，用于提供測(cè)試過程中所述被測(cè)樣品的電流；納伏表，用于測(cè)試所述測(cè)試信號(hào)的電壓；程控源表，其與所述被測(cè)樣品連接，用于測(cè)試超高電阻值以及所述被測(cè)樣品的I-V曲線；多通道程控開關(guān)控制器，用于在測(cè)試過程中實(shí)現(xiàn)測(cè)量樣品信號(hào)引腳的自動(dòng)切換；所述樣品信號(hào)引腳與所述被測(cè)樣品連接；霍爾效應(yīng)卡，其設(shè)置在所述多通道程控開關(guān)控制器的卡槽中，接口分別與所述電流源、所述納伏表、所述程控源表以及所述被測(cè)樣品連接，用于信號(hào)隔離以及配合所述多通道程控開關(guān)控制器進(jìn)行所述樣品信號(hào)引腳的自動(dòng)切換。

本發(fā)明提出的半導(dǎo)體多電學(xué)參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中，所述信號(hào)測(cè)試單元進(jìn)一步包括遠(yuǎn)端前置放大器；所述程控源表通過所述遠(yuǎn)端前置放大器與所述被測(cè)樣品連接，使所述程控源表可測(cè)試高達(dá)太歐姆數(shù)量級(jí)的電阻。

本發(fā)明提出的半導(dǎo)體多電學(xué)參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中，進(jìn)一步包括：所述霍爾效應(yīng)卡通過三軸屏蔽線與所述電流源、所述納伏表及所述程控源表連接；所述霍爾效應(yīng)卡通過BNC線與所述樣品信號(hào)引腳連接。

本發(fā)明提出的半導(dǎo)體多電學(xué)參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中，所述測(cè)試環(huán)境調(diào)控單元包括液氦磁光裝置、光源裝置、超導(dǎo)磁體電流源與溫控儀；所述液氦磁光裝置與所述超導(dǎo)磁體電流源和所述溫控儀連接，所述光源裝置正對(duì)于所述液氦磁光裝置設(shè)置；所述超導(dǎo)磁體電流源110與所述溫控儀111與所述主控單元連接。