[發(fā)明專利]一種低溫樣品臺的控制系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910267981.9
• 申請日: 2019-04-03
• 公開（公告）號: CN110096079A
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭盤林
• 申請（專利權(quán)）人: 郭盤林
• 主分類號: G05D23/30
• 分類號: G05D23/30
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 俞滌炯

本發(fā)明提供一種低溫樣品臺的控制系統(tǒng)及方法，涉及真空設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，包括：溫度采集模塊，用于檢測低溫樣品臺的實(shí)時溫度并輸出；控制模塊，連接溫度采集模塊，用于將目標(biāo)溫度分別與室溫和液氮溫度進(jìn)行對比，根據(jù)對比結(jié)果并根據(jù)目標(biāo)溫度與實(shí)時溫度的差值生成相應(yīng)的控制指令；制冷模塊，連接控制模塊，用于根據(jù)控制指令，并按照規(guī)定的流量向低溫樣品臺輸送冷氮?dú)庖允沟蜏貥悠放_達(dá)到目標(biāo)溫度；加熱模塊，連接控制模塊，用于根據(jù)控制指令，并按照規(guī)定的加熱功率將低溫樣品臺進(jìn)行加熱以使低溫樣品臺達(dá)到目標(biāo)溫度。本發(fā)明生產(chǎn)成本低，溫控方便快捷且控制精度高，節(jié)省液氮的同時有效降低使用成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及真空設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低溫樣品臺的控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展日新月異，技術(shù)的發(fā)展對材料、器件的要求越來越高，隨之而來對它們的各種性質(zhì)的測量也顯得越來越重要，隨之而來對測量環(huán)境的要求也越來越高。

低溫樣品臺用于為待測試的樣品，如晶片、器件和材料等，提供一個真空和低溫的測量環(huán)境，并在此測量環(huán)境下進(jìn)行樣品的電學(xué)表征的測量，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)、電子學(xué)、物理學(xué)和材料學(xué)等領(lǐng)域。樣品溫度準(zhǔn)確性和溫度穩(wěn)定性上低溫樣品臺的關(guān)鍵參數(shù)，在進(jìn)行樣品測量時，根據(jù)不同樣品的測量需要，會要求樣品的溫度高于室溫，或者樣品的溫度處于室溫和液氮溫度之間，或者樣品的溫度達(dá)到液氮溫度。要達(dá)到樣品的溫度高于室溫的要求，只需利用加熱器和溫控即可；要達(dá)到樣品的溫度達(dá)到液氮溫度的要求，也只需將液氮輸送并儲存在樣品附近即可。但要達(dá)到樣品的溫度處于室溫和液氮溫度之間，并能夠穩(wěn)定在預(yù)設(shè)的目標(biāo)溫度數(shù)值比較困難。

通常采用自增壓的液氮罐將液氮輸運(yùn)至樣品臺附件，同時對樣品臺適當(dāng)加熱，通過兩者的熱平衡達(dá)到目標(biāo)溫度數(shù)值。輸送至樣品臺附近的冷卻媒介是液氮，液氮是氮?dú)庠诘蜏叵滦纬傻囊后w形態(tài)，液氮的沸點(diǎn)為-196℃，在正常大氣壓下，溫度如果在沸點(diǎn)以下就會形成液氮。在使用液氮的時候，由于其處于液體狀態(tài)無法直接使用，只能氣化后形成低溫氮?dú)庠倮茫挥捎谝旱獨(dú)饣篌w積為液態(tài)時的600多倍，體積的迅速變化，影響輸出氮?dú)獾牧髁糠€(wěn)定精度，進(jìn)而影響輸出氮?dú)獾臏囟瓤刂凭取Ｒ虼巳绾螌?shí)現(xiàn)液氮的流量的精確控制成為一個技術(shù)難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種低溫樣品臺的控制系統(tǒng)，具體包括：

溫度采集模塊，用于檢測低溫樣品臺的實(shí)時溫度并輸出；

控制模塊，連接所述溫度采集模塊，所述控制模塊包括：

存儲單元，用于保存預(yù)先設(shè)置的目標(biāo)溫度；

判斷單元，連接所述存儲單元，用于將所述目標(biāo)溫度分別與室溫和液氮溫度進(jìn)行對比，并輸出相應(yīng)的判斷結(jié)果；

第一控制單元，連接所述判斷單元，用于根據(jù)所述判斷結(jié)果，在所述目標(biāo)溫度等于所述液氮溫度時生成相應(yīng)的第一控制指令；所述第一控制指令中包括根據(jù)所述實(shí)時溫度與所述目標(biāo)溫度的差值生成的一第一控制參數(shù)；

第二控制單元，連接所述判斷單元，用于根據(jù)所述判斷結(jié)果，在所述目標(biāo)溫度高于所述室溫時生成相應(yīng)的第二控制指令；所述第二控制指令中包括根據(jù)所述實(shí)時溫度與所述目標(biāo)溫度的差值生成的一第二控制參數(shù)；

第三控制單元，連接所述判斷單元，用于根據(jù)所述判斷結(jié)果，在所述目標(biāo)溫度不低于所述液氮溫度且不高于所述室溫時生成相應(yīng)的第三控制指令；所述第三控制指令中包括根據(jù)所述實(shí)時溫度與所述目標(biāo)溫度的差值生成的一第三控制參數(shù)和一第四控制參數(shù)；

制冷模塊，連接所述控制模塊，用于根據(jù)所述第一控制指令，并按照所述第一控制參數(shù)中規(guī)定的流量向所述低溫樣品臺輸送冷氮?dú)庖允顾龅蜏貥悠放_達(dá)到所述目標(biāo)溫度；

加熱模塊，連接所述控制模塊，用于根據(jù)所述第二控制指令，并按照所述第二控制參數(shù)中規(guī)定的加熱功率將所述低溫樣品臺進(jìn)行加熱以使所述低溫樣品臺達(dá)到所述目標(biāo)溫度；