霍爾及氣敏測量裝置的製作方法

2023-05-12 10:29:41 1

專利名稱：霍爾及氣敏測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量裝置，尤其是一種霍爾及氣敏測量裝置。
背景技術：
基於導體或半導體中的載流子在磁場中運動時受洛侖茲(Lorentz)力偏轉會在其橫向出現一個電壓的霍爾效應，通過霍爾參數的測量可以得到被測導體或半導體中載流子的濃度、種類、遷移率、禁帶寬度以及雜質電離能等信息，從而可進一步地判斷出被測導體或半導體的導電機制及散射機制。為此，人們為了獲得導體或半導體的霍爾參數，做出了各種努力，如在2002年8月21日公開的中國發明專利申請公開說明書CN 1365007A中披露的一種「測量霍爾效應的裝置和方法」。說明書中提及的測量霍爾效應的裝置包括與導軌連接的基座上置有的樣品座，以及位於導軌軌跡兩側的一對永磁體、與樣品座電連接的作為測量部件的主體；測量霍爾效應的方法包括將樣品插入至永磁體之間，並把樣品的四個端子順序地設置為兩個輸入端和兩個輸出端，且在調節恆定電流的極性的同時，測量從樣品輸出的霍爾電壓和樣品的輸入電壓等。但是，無論是測量霍爾效應的裝置，還是其方法，都存在著不足之處，首先，裝置僅能測量樣品的霍爾參數，無法測得樣品的氣敏特性，更無
法同時測定樣品在相同的環境下-同一的溫度、氣壓、氣氛、濃度和磁場下的霍爾參數和
氣敏特性；其次，測量方法也只是能測得樣品的霍爾參數。

發明內容
本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種能於相同環境下同時測試樣品的霍爾參數和氣敏特性的霍爾及氣敏測量裝置。為解決本發明的技術問題，所採用的技術方案為:霍爾及氣敏測量裝置包括與導軌連接的基座上置有的樣品座、與樣品座電連接的測量部件和位於導軌軌跡兩側的一對永磁體，特別是，所述基座與導軌之間為動配合連接；所述樣品座為與真空室相連通的樣品室，所述樣品室中置有與所述測量部件電連接的接線器和與測控部件的輸出端電連接的電加熱器，所述真空室分別與真空部件和配氣部件相連通；所述一對永磁體為與電磁部件的輸出端電連接的一對線圈；所述真空部件和配氣部件的控制端、電磁部件的輸入端與測控部件的輸出端電連接，所述測控部件的輸入端與測量部件的輸出端電連接，用於測試樣品的霍爾參數和氣敏特性。作為霍爾及氣敏測量裝置的進一步改進，所述的測量部件為KeithleyInstruments Inc.公司的型號為Keithley 4200的半導體綜合測試儀；所述的真空部件由串接的機械真空泵和渦輪分子泵組成；所述的配氣部件由與氣源相連通的、受布朗克豪斯特高科公司的型號為F-200的氣體質量流量控制器控制的控制閥門組成；所述的測控部件為微型計算機，或單片機；所述的線圈套裝有與冷卻部件相連通的冷卻管；所述的一對線圈之間的間隙為> 6cm，其電磁均勻區的長度和寬度均為> 3cm ;所述的一對線圈之間置有其輸出端經接口電路與微型計算機電連接的磁場探測器；所述的真空部件和配氣部件的控制端、電磁部件的輸入端經RS-232通訊卡與微型計算機電連接；所述的微型計算機經GPIB控制卡與測量部件的輸出端電連接；所述的微型計算機經RS-485通訊卡和型號為AI808P的溫度控制儀與電加熱器電連接。相對於現有技術的有益效果是，採用在與導軌連接的基座上置有的樣品座、與樣品座電連接的測量部件和位於導軌軌跡兩側的一對永磁體的基礎上，將基座與導軌之間設置為動配合連接，並使樣品座為與真空室相連通的樣品室，樣品室中置有與測量部件電連接的接線器和與測控部件的輸出端電連接的電加熱器，真空室分別與真空部件和配氣部件相連通，同時使一對永磁體為與電磁部件的輸出端電連接的一對線圈，真空部件和配氣部件的控制端、電磁部件的輸入端與測控部件的輸出端電連接，測控部件的輸入端與測量部件的輸出端電連接的技術方案，使其既能對樣品單獨進行霍爾參數的測試，從而獲知樣品的載流子濃度的高低、對電導起主要貢獻的載流子是空穴型還是電子型；又能僅對樣品，尤其是納米結構樣品進行氣敏特性的測試，以客觀地評價納米結構材料的氣敏性能；還能於相同的環境下一同一的溫度、氣壓、氣氛和濃度下，在測量樣品的氣敏特性的同時，通過對霍爾參數的測量，研究材料的載流子輸運特性，用於評價納米結構材料的物理性能，利用霍爾效應探討作為氣敏材料的樣品在一定的溫度和氣體濃度下的氣敏機制，解決氣敏材料的選擇性和穩定性難題，為發展新型的納米結構氣敏傳感器提供理論基礎和指導意見。作為有益效果的進一步體現，一是測量部件優選為Keithley Instruments Inc.公司的型號為Keithley 4200的半導體綜合測試儀，不僅測量的精度高，儀器的功能全面，性能也穩定可靠。二是真空部件優選由串接的機械真空泵和渦輪分子泵組成，保證了測量樣品氣敏特性時所需的真空度。三是配氣部件優選由與氣源相連通的、受布朗克豪斯特高科公司的型號為F-200的氣體質量流量控制器控制的控制閥門組成，確保了測量樣品氣敏特性時所需的氣體濃度，尤其是痕量氣體的精確控制。四是測控部件優選為微型計算機，或單片機，利於測控的有效進行和自動化程度的提高。五是線圈優選套裝有與冷卻部件相連通的冷卻管，利於線圈的穩定輸出。六是一對線圈之間的間隙優選為> 6cm，其電磁均勻區的長度和寬度均優選為> 3cm，完全滿足了對樣品的霍爾參數的測量，尤為對納米級樣品材料的霍爾測量。七是一對線圈之間優選置有其輸出端經接口電路與微型計算機電連接的磁場探測器，便於對線圈的磁場輸出進行精確的控制。八是真空部件和配氣部件的控制端、電磁部件的輸入端優選經RS-232通訊卡與微型計算機電連接，微型計算機優選經GPIB控制卡與測量部件的輸出端電連接，不僅各部件之間的硬體連接關係簡潔、高效，也易於控制程序的編制。九是微型計算機優選經RS-485通訊卡和型號為AI808P的溫度控制儀與電加熱器電連接，易於對樣品室內的溫度進行有效地控制。


下面結合附圖對本發明的優選方式作進一步詳細的描述。圖1是本發明的一種基本結構示意圖。
具體實施例方式參見圖1，霍爾及氣敏測量裝置的構成如下:與導軌10動配合連接的基座12上置有相連通的真空室2和樣品室3。真空室2分別與真空部件14和配氣部件I相連通；其中，真空部件14由串接的機械真空泵和渦輪分子泵組成，配氣部件I由與氣源相連通的、受布朗克豪斯特高科公司的型號為F-200的氣體質量流量控制器控制的控制閥門組成。樣品室3中置有與測量部件13電連接的接線器4和與測控部件15的輸出端電連接的電加熱器11 ;其中，測量部件13為Keithley Instruments Inc.公司的型號為Keithley 4200的半導體綜合測試儀，測控部件15為微型計算機，微型計算機經RS-485通訊卡和型號為AI808P的溫度控制儀與電加熱器11電連接。導軌10軌跡的兩側置有一對永磁體，該永磁體為與電磁部件9的輸出端電連接的一對線圈6 ;其中，線圈6套裝有與冷卻部件7相連通的冷卻管，一對線圈6之間的間隙為6cm，其電磁均勻區的長度和寬度均為3cm，一對線圈6之間置有其輸出端經接口電路與微型計算機電連接的磁場探測器8。真空部件14和配氣部件I的控制端、電磁部件9的輸入端與測控部件15的輸出端電連接，測控部件15的輸入端與測量部件13的輸出端電連接；具體的連接為，真空部件14和配氣部件I的控制端、電磁部件9的輸入端經RS-232通訊卡與微型計算機電連接,微型計算機經GPIB控制卡與測量部件13——半導體綜合測試儀的輸出端電連接。測量時，只需將樣品5置於樣品室3中，並將其與作為接線器4的半導體綜合測試儀的輸入輸出端——四根探針接觸即可。若僅需測量樣品5的霍爾參數，則只需先將基座12沿導軌10推向線圈6，使樣品室3中的樣品5置於一對線圈6之間，再分別由微型計算機控制電磁部件9的輸出和半導體綜合測試儀測定樣品5的霍爾參數。若只需測量樣品5的氣敏特性，則可在微型計算機的控制下，先由電加熱器11、真空部件14和配氣部件I向樣品室3提供相應的溫度、氣壓和氣體濃度，再由半導體綜合測試儀測得樣品5的氣敏特性。若需在相同的溫度、氣氛和濃度下測量氣敏特性的同時進行霍爾參數的測量，則只需將上述兩項工作同時進行即可。顯然，本領域的技術人員可以對本發明的霍爾及氣敏測量裝置進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若對本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種霍爾及氣敏測量裝置，包括與導軌(10)連接的基座(12)上置有的樣品座、與樣品座電連接的測量部件(13)和位於導軌(10)軌跡兩側的一對永磁體，其特徵在於: 所述基座(12)與導軌(10)之間為動配合連接； 所述樣品座為與真空室(2)相連通的樣品室(3)，所述樣品室(3)中置有與所述測量部件(13)電連接的接線器⑷和與測控部件(15)的輸出端電連接的電加熱器(11)，所述真空室(2)分別與真空部件(14)和配氣部件(I)相連通； 所述一對永磁體為與電磁部件(9)的輸出端電連接的一對線圈(6)； 所述真空部件(14)和配氣部件(I)的控制端、電磁部件(9)的輸入端與測控部件(15)的輸出端電連接，所述測控部件(15)的輸入端與測量部件(13)的輸出端電連接，用於測試樣品(5)的霍爾參數和氣敏特性。
2.根據權利要求1所述的霍爾及氣敏測量裝置，其特徵是測量部件(13)為KeithleyInstruments Inc.公司的型號為Keithley 4200的半導體綜合測試儀。
3.根據權利要求1所述的霍爾及氣敏測量裝置，其特徵是真空部件(14)由串接的機械真空泵和渦輪分子泵組成。
4.根據權利要求1所述的霍爾及氣敏測量裝置，其特徵是配氣部件(I)由與氣源相連通的、受布朗克豪斯特高科公司的型號為F-200的氣體質量流量控制器控制的控制閥門組成。
5.根據權利要求1所述的霍爾及氣敏測量裝置，其特徵是測控部件(15)為微型計算機，或單片機。
6.根據權利要求1所述的霍爾及氣敏測量裝置，其特徵是線圈(6)套裝有與冷卻部件(7)相連通的冷卻管。
7.根據權利要求5所述的霍爾及氣敏測量裝置，其特徵是一對線圈(6)之間置有其輸出端經接口電路與微型計算機電連接的磁場探測器(8)。
8.根據權利要求5所述的霍爾及氣敏測量裝置，其特徵是真空部件(14)和配氣部件(I)的控制端、電磁部件(9)的輸入端經RS-232通訊卡與微型計算機電連接。
9.根據權利要求5所述的霍爾及氣敏測量裝置，其特徵是微型計算機經GPIB控制卡與測量部件(13)的輸出端電連接。
10.根據權利要求5所述的霍爾及氣敏測量裝置，其特徵是微型計算機經RS-485通訊卡和溫度控制儀與電加熱器(11)電連接。
全文摘要
本發明公開了一種霍爾及氣敏測量裝置。它包括與導軌(10)動配合連接的基座(12)上置有的樣品座和位於導軌(10)軌跡兩側的一對永磁體，樣品座為與真空室(2)連通的樣品室(3)，其中置有與測量部件(13)連接的接線器(4)和與測控部件(15)連接的電加熱器(11)，真空室(2)分別與真空部件(14)和配氣部件(1)相連通；一對永磁體為與電磁部件(9)連接的一對線圈(6)；真空部件(14)和配氣部件(1)的控制端、電磁部件(9)的輸入端與測控部件(15)的輸出端連接，測控部件(15)的輸入端與測量部件(13)的輸出端連接。它能同時測試樣品(5)的霍爾參數和氣敏特性，以為研發納米結構氣敏傳感器提供理論基礎和指導意見。
文檔編號G01N27/00GK103176146SQ201110442319
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月20日 優先權日2011年12月20日
發明者康升紅, 吳兵, 李廣海 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院