[發明專利]電輸運特性測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201410097057.8
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN103941117A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 劉燦華;張馬淋;賈金鋒
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R1/073
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種測量裝置及測量方法，特別是涉及一種電輸運特性測量裝置和測量方法。

背景技術

許多晶體材料的結構與物性都具有程度不一的各向異性，成為學術基礎科研與材料應用開發的關注重點，其中各向異性的電輸運特性是晶體材料的一個重要特性。傳統的四探針裝置中包括四個探針和樣品臺，其中樣品臺是固定不動的，利用該裝置測量各向異性的電輸運特性時，需要制備出多個材料，然后將探針沿著不同晶向上配置，從而測量出該材料在不同晶向上的電輸運特性；另一方面，因為各探針分別由各自的調節部件控制，因此調節各探針在晶面上的位置時需要依次對各探針進行調節，這樣造成實際的操作過程比較費時費力，而且為了剔除材料生長的不均勻性，需要做統計分析，造成實驗周期的延長。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種能夠方便、有效地測量晶體材料各向異性電輸運特性的測量裝置。

發明內容

鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種方便、有效的晶體材料各向異性電輸運特性的測量裝置及方法。

為實現上述目的，本發明提供了一種電輸運特性測量裝置，包括平臺主體、四探針升降系統和樣品臺旋轉系統；

所述平臺主體包括上平臺、下平臺和多個連接翼，各個所述連接翼的兩端分別連接所述上平臺和所述下平臺，所述這些連接翼圍繞所述平臺主體的中心軸線均勻布置，且在所述平臺主體的中心軸線處形成空腔，兩兩所述連接翼之間形成升降槽道，所述上平臺具有多個邊緣孔和一個中心孔；

所述四探針升降系統包括四個探針組件和步進電機，各所述探針組件包括依次相連接的探針引腳、探針桿和探針，所述探針引腳穿過所述升降槽道從而固定于所述步進電機上，所述探針桿自所述上平臺的所述邊緣孔穿出使所述探針指向待測樣品表面，所述步進電機位于所述平臺主體的所述空腔中并與所述下平臺接觸，用于所述探針組件的升降；以及

所述樣品旋轉系統包括傳動樣品臺、轉動軸和驅動件，所述傳動樣品臺用于放置所述待測樣品，所述轉動軸的下部與所述上平臺配合并可轉動地嵌在所述上平臺中，所述轉動軸的上部穿過所述上平臺的所述中心孔，與所述傳動樣品臺固定連接，所述驅動件與所述傳動樣品臺配合，用于驅動所述傳動樣品臺轉動。

進一步地，所述探針組件均具有剛性。

進一步地，所述探針桿上具有接口，從所述接口用于與導線相連接，從而與外部設備連接。

進一步地，所述步進電機為壓電陶瓷步進電機。

進一步地，所述連接翼采用導熱材料制成，具有導熱作用，能將測量過程中產生的熱及時地傳導至外界。

進一步地，所述傳動樣品臺具有渦輪結構，所述渦輪結構的邊緣具有多個渦輪輪齒；所述驅動件為蝸桿，所述蝸桿具有多個螺旋齒；所述渦輪輪齒與所述螺旋齒相配合，從而使得所述傳動樣品臺在所述驅動件的驅動下轉動。

進一步地，所述驅動件還包括三齒輪蝸輪傳動尾翼，設置在所述蝸桿尾部，用于與外部傳動裝置的連接。

進一步地，所述蝸桿采用隔熱、耐磨材料制成。

進一步地，所述蝸桿的中部有蝸輪卡槽和蝸桿卡頭，所述蝸輪卡槽與所述蝸桿卡頭相配合，所述蝸桿卡頭固定于所述上平臺上。

本發明還提供了一種電輸運特性的測量方法，應用于上述任意一種電輸運特性測量裝置中，包括以下步驟：

第一步、將所述待測樣品固定于所述傳動樣品臺上；

第二步、利用所述步進電機調整所述探針引腳到工作高度，使所述探針接觸待測樣品表面，進行電輸運測量；

第三步、利用所述步進電機將所述探針引腳上升，直到所述探針離開所述待測樣品表面，驅動所述傳動樣品臺及所述待測樣品旋轉至所需角度；

第四步、使所述傳動樣品臺停止轉動，利用所述步進電機將所述探針引腳下降到工作高度，使所述探針接觸所述待測樣品表面，再次進行電輸運測量；

第五步、重復第三步和第四步所述步驟，進行多次電輸運測量，如此循環直至測完實驗所有所需角度。

本發明所提供的一種電輸運特性測量裝置，利用步進電機調控四個探針組件的同時升降，使四個探針同時接觸或離開待測樣品表面，利用三齒輪蝸輪傳動尾翼的轉動帶動蝸桿的旋轉，從而帶動傳動樣品臺及待測樣品的旋轉，即通過四個探針組件的同時升降和傳動樣品臺的旋轉測試完實驗所需所有角度，從而實現晶體材料各向異性電輸運特性的測量。