極端條件下測量材料或電子器件交流阻抗特性的方法及系統的製作方法
2023-10-11 21:56:04 1
專利名稱：極端條件下測量材料或電子器件交流阻抗特性的方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明新型涉及一種物理性能測試方法及系統，尤其涉及一種極端條件下測量 材料或電子器件交流阻抗特性的方法及系統。
背景技術：
在眾多材料機理、特種電子器件研究中，通常需要測量樣品或器件在極低溫、 強磁場條件下的交流阻抗特性進而確定其材料性質或性能。一般的交流阻抗特性測量設 備，因其提供的溫度和磁場精度不夠以及變化範圍過窄，不能滿足現代材料和器件的基 礎研究需求；而專業的測量設備價格昂貴且功能單一。美國 Quantum Design 公司的綜合物性測量系統(Physics Property Measurement System, PPMS)提供了一個完美控制低溫和強磁場平臺，集成全自動的電學、磁學、熱 學、光電、形貌等各種物性測量手段；目前，其已經成為實驗數據可靠性的標誌，被廣 泛應用於物理、化學及材料科學的眾多研究領域，遍布幾乎所有世界一流相關實驗室。 在「綜合物性測量系統(PPMS)簡易產品說明手冊，美國Quantum Design公司」中報 道，PPMS本身具有絕大多數常規物性測量功能，但是其拓展功能選件中不具備交流阻 抗特性測量功能，如在不同交流頻率下對樣品的電感(L)、電容(C)、電阻(R)、阻抗 (Z)、電抗(X)、導納(Y)、電導(G)、電納(B)、損耗(D)、品質因素(Q)、相位角 (θ )等參數進行測量。
發明內容
本發明的目的是提供一種極端條件下測量材料或電子器件交流阻抗特性的方 法，能夠在極低溫和強磁場條件下測量樣品或器件交流阻抗特性。本發明的又一目的是針對現有技術的缺陷，提供一種極端條件下測量材料或電 子器件交流阻抗特性的系統，能夠在極低溫和強磁場條件下測量樣品或器件交流阻抗特 性。為實現本發明的目的，本發明採用下述技術方案—種極端條件下測量材料或電子器件交流阻抗特性的方法，其特徵在於操作步 驟為a.綜合物性測量系統為測試提供所需的極低溫和強磁場條件，以及調節樣品或 器件與磁場夾角方向；待測樣品或器件用雙面膠及夾具固定於樣品託或旋轉杆上，樣品 託或旋轉杆置於液氦杜瓦樣品腔內；b.通過循環設置LCR儀表測量參數實現掃描測量功能。目前有些LCR儀表還 不具備掃描測量功能，或掃描的點數有限；數據採集分析系統通過GPffi命令循環修改交 流測量信號的頻率、幅度和直流偏壓參數，實現交流阻抗特性掃描測量功能；C.在樣品溫度和磁場值達到預設值後，利用LCR儀表測量樣品或器件的交流阻抗特性；d.消除誤差在不加樣品情況下，分別測量LCR表與樣品託間電纜開路和短路 時對應的各種交流頻率阻抗；然後在加樣品情況下，通過扣除掉這個背底阻抗來得到較 精確的結果。所述極端條件的極低溫度溫度範圍為2-380K，強磁場範圍為0-9T。一種極端條件下測量材料或電子器件的交流阻抗特性的系統，包括一個綜合物 性測量系統(PPMS)、一個LCR表和一個微機終端，其特徵在於所述綜合物性測量系 統、LCR儀表通過GPIB接口總線與微機終端相連，該微機終端包含一個數據採集分析系 統。所述測量樣品或器件交流阻抗特性的系統中，綜合物性測量系統、LCR儀表通 過GPIB接口總線與微機終端相連，微機終端包含一個數據採集分析系統。通過綜合物性 測量系統控制軟體MultiVu對整個測量任務編寫腳本程序。MultiVu通過GPIB總線將腳 本程序寫入綜合物性測量系統控制項模塊M6000內存，M6000控制液氦杜瓦樣品腔的溫度 和磁場和樣品方位以及發送命令Advise Number控制交流阻抗特性測量。數據採集分析系統包括一個軟體程序，所述程序用以採集包括溫度和磁場在內 的樣品測量環境參數，控制交流阻抗特性測量，並且能夠實時顯示各種數據和繪圖，實 現數據存檔功能。具體而言，所述軟體程序名稱為LCR with PPMS，所述程序通過綜合 物性測量系統SCPI (可編程儀器標準命令集)命令訪問綜合物性測量系統控制模塊M6000 獲取樣品腔內溫度和磁場等數據，並接受M6000發送的命令Advise Number,控制LCR 儀表測量交流阻抗特性。所述程序具備實時數據監視、繪圖和存檔功能。本發明相比現有技術具有以下優點1.適用範圍廣，可以大範圍變溫和變磁場測量材料樣品或電子器件交流阻抗特 性，可調節樣品或器件與磁場夾角測量樣品或器件各向異性。2.通過軟體方法實現LCR表掃描測量功能，沒有描掃點數限制，參數設置靈 活。3.使用操作方便，自動化程度高，可長時間運作。測量前設定好相應測量任務 腳本程序，測量時僅需同時運行數據採集軟體和綜合物性測量系統控制軟體MultiVu即可。4.在成熟的平臺上拓展新的功能，成本低，技術可靠。
圖1本發明系統結構框圖。圖2測量電路連接圖。圖3數據採集分析系統界面圖。圖4LCR表測量流程圖。圖5MultiVu測量腳本程序示例圖。
具體實施例方式本發明優選實施例結合
如下
4
實施例一參見圖1和圖2，本極端條件下測量材料交流阻抗特性的方法，操作 步驟為a.綜合物性測量系統2為測試提供所需的極低溫和強磁場條件，以及調節樣品5 與磁場夾角方向；待測樣品5用雙面膠及夾具固定於樣品託6或旋轉杆上，樣品託6或旋 轉杆置於液氦杜瓦4樣品腔內；b.通過循環設置LCR儀表3測量參數實現掃描測量功能；c.在樣品5溫度磁場值達到預設值後，利用LCR儀表3測量樣品5交流阻抗；d.消除誤差在不加載樣品或器件情況下，分別測量LCR表3與樣品託6間電 纜7開路和短路時對應的各種交流頻率阻抗；然後在加載樣品5情況下，通過扣除掉這個 背底阻抗來得到較精確的結果。所述極端條件的極低溫度溫度範圍為2-380K，強磁場範圍為0_9T。實施例二 如圖1、圖2和圖4，本極端條件下測量材料交流阻抗特性的系統， 包括一個綜合物性測量系統2、一個LCR儀表3和一個微機終端1，其特徵在於所述綜 合物性測量系統2和LCR儀表3通過GPIB接口總線與微機終端1相連，該微機終端1包 含一個數據採集分析系統。所述數據採集分析系統具有採集整個系統數據，包括樣品5 的溫度和磁場值及LCR儀表3測量結果以及時顯示各項數值，數據繪圖，完成數據存檔 功能。所述數據採集分析系統通過綜合物性測量系統控制軟體MultiVu設定測量腳本程 序，接收綜合物性測量系統2發送的消息代碼控制LCR表3測量。所述數據採集分析系 統通過循環設置LCR儀表3測量參數實現掃描測量功能。實施例三本實施例詳述如下1.測量電路連接待測量樣品用雙面膠固定於樣品託中間區域表面上，保持較 好熱接觸，在樣品上利用銀膠引出兩根金屬引線並分別焊接到樣品託上的通道1的I-端 和通道3的I-端，金屬引線應儘量短而直減少整個電路分布參數，如附圖2所示。樣品託 置於杜瓦樣品託架上，杜瓦內部有導線連接樣品託至專用插口，通過同軸電纜接至LCR表。2.設定測量腳本程序利用綜合物性測量系統控制軟體MultiVu編寫測量腳本程 序，如附圖5所示，第1行為掃描溫度命令，從300Κ開始以1.5Κ/分鐘的速度降溫，並 且在300Κ至IOK間的291個等溫度間隔點上執行人Scan到End Scan間的命令，在這裡 即為發送命令AdviseNumber^l，執行LCR固定頻率單點測量任務。第4行為發送命令 Advise Number 22, LCR執行掃描(包括測量信號頻率，幅度，直流偏壓)測量功能。第 5行為描掃磁場執行LCR固定頻率單點測量任務。3.編輯掃描參數利用Window記事本程序編輯掃描參數，如50，0.5，0 ； 60，η, 0； 1000，η, η；……，第一個參數為測試交流頻率，第二個為測試交流信號幅
度，第三個為測試信號直流偏壓，若為「η」則表示保持LCR表當前參數不作改變。4.測量打開LCR表電源，連接GPIB通信線，待儀器初始化預熱完畢後，設 置測量阻抗類型參數，運行數據採集分析系統軟體LCR with PPMS，勾選上「Enable」， 將第3步編輯好的參數複製到Scan Array框內，單擊「Set」載入掃描參數，最後運行第 2步設定的腳本程序。5.數據處理實時監示測量數據，繪圖，保存數據，如附圖3所示。
權利要求
1.一種極端條件下測量材料或電子器件交流阻抗特性的方法，其特徵在於操作步驟為a.綜合物性測量系統(2)為測試提供所需的極低溫和強磁場條件，以及調節樣品(5) 或電子器件與磁場夾角方向；待測樣品(5)或器件用雙面膠及夾具固定於樣品託(6)或旋 轉杆上，樣品託(6)或旋轉杆置於液氦杜瓦(4)樣品腔內；b.通過循環設置LCR儀表(3)測量參數實現掃描測量功能；C.在樣品(5)或器件溫度磁場值達到預設值後，利用LCR儀表(3)測量樣品(5)或 器件交流阻抗；d.消除誤差在不加載樣品或器件情況下，分別測量LCR表(3)與樣品託(6)間電 纜(7)開路和短路時對應的各種交流頻率阻抗；然後在加載樣品(5)或器件情況下，通過 扣除掉這個背底阻抗來得到較精確的結果。
2.如權利1要求所述極端條件下測量材料或電子器件交流阻抗特性的方法，其特徵在 於極端條件的極低溫溫度範圍2-380K。
3.如權利1要求所述極端條件下測量材料或電子器件交流阻抗特性的方法，其特徵在 於極端條件的強磁場範圍0-9T。
4.一種極端條件下測量材料或器件交流阻抗特性的系統，包括一個綜合物性測量系 統(2)、一個LCR儀表(3)和一個微機終端(1)，其特徵在於所述綜合物性測量系統(2)和LCR儀表(3)通過GPffi接口總線與微機終端(1)相連，該微機終端(1)包含一個 數據採集分析系統。
5.如權利要求4所述測量材料或器件交流阻抗特性的系統，其特徵在於所述數據 採集分析系統具有採集整個系統數據，包括樣品(5)或器件的溫度和磁場值及LCR儀表(3)測量結果以及時顯示各項數值，數據繪圖，完成數據存檔功能。
6.如權利要求4所述測量材料或器件交流阻抗特性的系統，其特徵在於所述數據 採集分析系統通過綜合物性測量系統控制軟體MultiVu設定測量腳本程序，接收綜合物性 測量系統發送的消息代碼控制LCR表(3)測量。
7.如權利要求1和權利要求4所述測量材料或器件交流阻抗特性的方法和系統，其 特徵在於所述數據採集分析系統通過循環設置LCR儀表(3)測量參數實現掃描測量功 能。
全文摘要
本發明涉及一種極端條件下測量材料或電子器件交流阻抗特性的方法及系統。本方法操作步驟為1.在具有極端條件的綜合物性測量系統中安置樣品；2.通過循環設置LCR儀表測量參數實現掃描測量功能；3.利用LCR儀表測量樣品交流阻抗；4.消除誤差。本系統是一個綜合物性測量系統和一個LCR儀表通過GPIB接口總線與一個微機終端相連。本發明能夠在極低溫和強磁場條件下測量樣品或器件交流阻抗特性。
文檔編號G01R27/02GK102012460SQ20101029076
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月21日 優先權日2010年9月21日
發明者周雲, 康保娟, 張金倉, 曹世勳, 李備戰, 陳臘 申請人:上海大學