[發(fā)明專利]一種二維材料光/電性能測試系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011558084.2
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112666126B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樊鶴紅;王少凱;孫小菡;王俊嘉;柏寧豐;劉旭;董納;沈長圣
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01R27/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

本發(fā)明公開了一種二維材料光/電性能測試系統(tǒng)，可對熱/電/光應(yīng)力變化條件下二維材料的復(fù)折射率和電阻/電導(dǎo)率等參數(shù)進(jìn)行綜合測試。該系統(tǒng)由電參數(shù)檢測模組、光參數(shù)檢測模組、旋轉(zhuǎn)載物臺、溫控模組、電極載玻片和數(shù)據(jù)處理模塊組成。其中，電極載玻片的主體為透明絕緣介質(zhì)，在透明絕緣介質(zhì)上表面固定若干薄膜電極，形成若干固定的測試區(qū)域，測試區(qū)域包括二探針法電阻/電導(dǎo)率測試區(qū)域、四探針法電阻/電導(dǎo)率測試區(qū)域。電參數(shù)檢測模組包括多路電流/電壓源和電壓/電流數(shù)據(jù)采集器；溫控模組用于對電極載玻片進(jìn)行加熱/制冷控制；光參數(shù)檢測模組包括光源模塊、光路模塊、光檢測模塊；電參數(shù)檢測模組和光參數(shù)檢測模組均連接數(shù)據(jù)處理模塊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種二維材料光/電性能測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)

二維材料由于具有獨特的電學(xué)和光學(xué)特性，如高載流子遷移率、寬譜響應(yīng)、具有強非線性光學(xué)特性能與光強烈相互作用等，因此在高性能、新型光電子器件等方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力，已成為研究熱點。相應(yīng)器件的性能強烈依賴于二維材料本身的性能，如二維材料的復(fù)折射率、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等性能參數(shù)極大的影響器件的工作性能(調(diào)制深度、調(diào)制速率、插入損耗、帶寬等)，所以對二維材料性能參數(shù)的檢測對相關(guān)材料和器件的研究都非常重要。

由于二維材料厚度很薄，常規(guī)的體塊材料的性能檢測方式不能直接用于二維材料性能參數(shù)的檢測。而常用的薄膜材料折射率的測試方法主要使用的是橢偏法，利用橢偏儀獲得入射光和反射光的偏振態(tài)信息處理得到薄膜材料光學(xué)性質(zhì)，但是橢偏儀對于近似透明的極薄的二維材料的測量精度會下降。此外，常用的薄膜材料電導(dǎo)率的測試方法主要有四探針法和交流阻抗法，但是對于極薄的二維材料使用探針檢測的力度不容易控制并會對檢測結(jié)果有重要的影響，且檢測重復(fù)性無法保證。此外現(xiàn)有的檢測設(shè)備和方法均為單一的檢測薄膜材料的電或光特性，無法同時獲得電和光參數(shù)，亦無法直接檢測薄膜材料性能參數(shù)隨熱、電應(yīng)力的變化，所得結(jié)果適用范圍有限。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種二維材料光/電性能測試系統(tǒng)，可對熱/電應(yīng)力變化條件下二維材料的復(fù)折射率和電阻/電導(dǎo)率等性能參數(shù)進(jìn)行檢測。

技術(shù)方案：一種二維材料光/電性能測試系統(tǒng)，包括：電參數(shù)檢測模組、光參數(shù)檢測模組、旋轉(zhuǎn)載物臺、溫控模組、電極載玻片以及數(shù)據(jù)處理模塊；

所述電極載玻片的主體為透明絕緣介質(zhì)，在所述透明絕緣介質(zhì)上表面固定若干薄膜電極，用于承載被測二維材料以便進(jìn)行電阻/電導(dǎo)率和/或復(fù)折射率進(jìn)行測試；

所述電極載玻片設(shè)置在旋轉(zhuǎn)載物臺上；

所述電參數(shù)檢測模組包括電源模塊和電信號檢測模塊，所述電源模塊用于向所述電極載玻片的薄膜電極提供所多路電流/電壓源，所述電信號檢測模塊用于從所述電極載玻片的薄膜電極采集電流/電壓數(shù)據(jù)；

所述光參數(shù)檢測模組包括光源模塊、光路模塊、光檢測模塊，所述光源模塊用于發(fā)出檢測光，并經(jīng)所述光路模塊照射到所述電極載玻片表面，所述光檢測模塊用于采集電極載玻片反射并經(jīng)光路模塊輸出的光；所述光源模塊還用于光電導(dǎo)率測試的光源；

所述溫控模組用于對所述電極載玻片進(jìn)行加熱/制冷控制；

所述電參數(shù)檢測模組和光參數(shù)檢測模組均連接所述數(shù)據(jù)處理模塊。

進(jìn)一步的，所述電極載玻片上的薄膜電極分成多個不同的測試區(qū)域，對應(yīng)不同尺寸的待測二維材料，和/或不同的測試方法，所述測試方法包括用二探針法電阻/電導(dǎo)率測試法、四探針法電阻/電導(dǎo)率測試法對電性能參數(shù)進(jìn)行測試。

進(jìn)一步的，在所述電極載玻片的透明絕緣介質(zhì)下表面也設(shè)有薄膜電極并與上表面的薄膜電極相連，在所述電極載玻片上表面的中央設(shè)置微型電池，所述微型電池用于向所述透明絕緣介質(zhì)的上表面薄膜電極和下表面薄膜電極之間提供電壓，來改變二維材料測試過程中的垂直電場強度。

進(jìn)一步的，所述二探針法電阻/電導(dǎo)率測試區(qū)域的薄膜電極為環(huán)形或扇環(huán)形。