一种材料输运性能测量系统和测量方法技术方案

本发明专利技术提供一种材料输运性能测量系统，包括椭圆偏振测量装置以及热容测取装置以及控制器，椭圆偏振测量装置依次经光路连接的光源、起偏器、样品架、集成检偏器以及探测器组件；光源发出的光线经过起偏器照射到待测样品，待测样品将光反射到集成检偏器；从待测样品反射出来的多个偏振光线入射到集成偏振器，所述探测器组件与集成偏振器连接分别检测所述多个光学信号，并将多个光学信号对应转换为多个第一电信号输出给控制器；热容测取装置非接触式测量待测样品的温度参数，并将温度参数转换为第二电信号输出给控制器；控制器解析第二电信号和多个第一电信号以获取材料输运性能参数。本发明专利技术还提供一种材料输运性能测量方法。

A Measuring System and Method for Material Transport Performance

The invention provides a material transport performance measurement system, including an elliptical polarization measuring device, a heat capacity measuring device and a controller. The elliptical polarization measuring device successively connects light source, polarizer, sample holder, integrated polarizer and detector assembly via optical path. The light emitted by the light source irradiates the sample to be measured through the polarizer, and the sample to be measured reflects the light to the integrated polarizer. A plurality of polarized rays reflected from the sample to be measured are incident to the integrated polarizer, the detector assembly is connected with the integrated polarizer to detect the plurality of optical signals respectively, and the plurality of optical signals are correspondingly converted into a plurality of first electrical signals and output to the controller; the heat capacity measuring device measures the temperature parameters of the sample to be measured in a non-contact manner, and converts the temperature parameters into the second electrical signal. The signal is output to the controller; the controller parses the second electrical signal and multiple first electrical signals to obtain the material transport performance parameters. The invention also provides a method for measuring material transport performance.

【技术实现步骤摘要】
一种材料输运性能测量系统和测量方法
本专利技术涉及材料光学性能测量领域，尤其涉及一种材料输运性能测量系统和测量方法。
技术介绍
材料的输运性质是材料的基础性参数，其相关物理量主要包括零频电导率σ0、载流子浓度ne、弛豫时间τ、电子有效质量迁移率μ等。通常获得这些参数需要采用多种测量技术，例如四电极法测量零频电导率、霍尔法测量载流子浓度，并据此计算出迁移率。但是，仅仅采用四电极法和霍尔法无法独立获得迟豫时间和电子有效质量。因此，利用椭圆偏振测量技术获取目标材料的零频电导率σ0、弛豫时间τ、等离子体频率ωp的方法应运而生，如在【W.Nounet.al.,J.Appl.Phys.102,063709(2007)】、【M.Dresselet.al.,ElectrodynamicsofSolids(2003)】中有已经被应用，但现有的椭圆偏振测量技术对目标材料的光学信息获取速度慢，从而无法快速分析出材料的输运性质。此外，利用角分辨光电子能谱测得三维电子结构，可提取出k维空间电子有效质量迟豫时间τ(k)、载流子浓度ne(k)等，据此可计算宏观载流子浓度、平均迟豫时间、电子有效质量、以及平均迁移率等输运相关物理量。该方法在【C.Kittel,IntroductiontoSolidStatePhysics(2004)】有提及，但是这一技术仅适用于单晶样品，且表面敏感，无法广泛应用。
技术实现思路
为克服目前材料输运性能测量系统无法应用于组合材料芯片等高通量测量，测量速度慢，且无对输运性能完整测量的问题。本专利技术提供一种材料输运性能测量系统和测量方法。本专利技术为解决上述技术问题的技术方案是提供一种材料输运性能测量系统，包括椭圆偏振测量装置以及热容测取装置以及控制器，所述椭圆偏振测量装置、所述热容测取装置分别与控制器电连接；所述椭圆偏振测量装置包括依次经光路连接的光源、起偏器、样品架、集成检偏器以及探测器组件；所述样品架用于放置待测样品，光源发出的光线经过起偏器照射到待测样品，待测样品将光反射到所述集成检偏器；从待测样品反射出来的多个偏振光线入射到集成偏振器，所述探测器组件与集成偏振器连接分别检测所述多个光学信号，并将多个光学信号对应转换为多个第一电信号输出给控制器；热容测取装置非接触式测量待测样品的温度参数，并将温度参数转换为第二电信号输出给控制器；控制器解析第二电信号和多个第一电信号以获取材料输运性能参数。优选地，所述集成检偏器包括多个偏振器，每个偏振器的方位角在0-180°之间分布，从待测样品反射出来的光线入射到偏振器；所述探测器组件包括多个探测器，所述探测器与所述偏振器一一对应设置，独立检测每一偏振器的光学信号。优选地，探测器组件还包括电子读出器，所述电子读出器与所述探测器电连接。优选地，所述电子读出器与所述探测器一一对应连接，独立获取与之对应的每一探测器所获得的信号。优选地，还包括扩束镜头，所述扩束镜头设置于样品架和集成检偏器之间的光路上，从待测样品反射出的光线经扩束镜头扩束后再进入集成检偏器。优选地，还包括控制器和光电耦合器，所述光电耦合器电连接所述探测器和所述电子读出器，所述控制器与电子读出器电连接。优选地，所述探测器为光电探测器，所述光电探测器最高采样频率为40GHz，最短测量时长为25ps。优选地，所述电子读出器为示波器。本专利技术还提供一种材料输运性能测量方法，包括以下步骤：将多个偏振态光线照射待测材料，分别探测并收集从待测材料反射回来的多个光学信号，并将多个光学信号转变为与之对应的多个第一电信号并输出的步骤；非接触式测量待测样品的温度参数，并将该温度参数变为第二电信号输出的步骤；对第二电信号和多个第一电信号的解析并计算获取材料输运性能参数的步骤。优选地，材料输运性能参数包括零频电导率σ0以及离子体频率ωp，先利用椭圆偏振测量装置获取待测样品的离子体频率ωp，然后调节椭圆偏振测量装置的光源频率ω，使得光源频率ω等于离子体频率ωp，从而快速准确的获取待测样品的零频电导率σ0。与现有技术相比，本专利技术所提供的一种材料输运性能测量装置10具有如下的优点：1、通过椭圆偏振测量装置以及热容测取装置与待测样品的非接触式测量，无损获取待测材料M的材料输运性能参数，避免测量装置与待测样品接触对待测样品造成损坏，使得该材料输运性能测量装置对待测样品的材料限制更小，适应性更广。同时解决了测量部分材料输运性能参数表面敏感以及测量速度慢的问题。进一步，通过探测器组件将集成偏振器检测到的多个光信号对应解析为多个第一电信号，使得每个第一电信号附带单一的偏振光信息，使得信号解析速度更快。2、通过椭圆偏振测量装置对每一个偏振器对应配置一个独立的探测器，使得探测器可以只需获取通过单一偏振片所输出的单一方向的偏振光，其光学数据的采样效率更高，快速获取偏振器接近纳秒级别的高速动态参数。3、通过椭圆偏振测量装置对每一个探测器对应配置一个电子读出器，即电子读出器与探测器一一对应配置连接，以使电子读出器只需读取与其对应的匹配的探测器所探测获取的的光学数据信息，并将光学数据信息转换为电信号，使得光学数据新型转换效率更高，进而使得椭圆偏振仪测量速度提升至纳秒级，从而实现大量物理量的动态测量。4、通过椭圆偏振测量装置将扩束镜头设置在样品台和集成检偏器之间，将经过起偏器的偏振光进行扩束，以扩展激光束的直径，同时减小激光束的发散角，便于偏振光信号的采集。【附图说明】图1是本专利技术一种材料输运性能测量系统的结构示意图。图2是本专利技术一种材料输运性能测量系统的样品台的结构示意图。图3A是本专利技术一种材料输运性能测量系统的集成检偏器与探测器组件配合的结构示意图。图3B是本专利技术一种材料输运性能测量系统的集成检偏器内的偏振器偏振方向示意图。图4是本专利技术一种材料输运性能测量系统的探测器组件与控制器配合的结构示意图。图5是本专利技术一种材料输运性能测量系统的探测器组件与控制器配合的一种变形结构示意图。图6是本专利技术一种材料输运性能测量系统的一种变形结构示意图。图7是本专利技术提供的一种材料输运性能测量方法的流程图。图8是本专利技术提供的一种材料输运性能测量方法的步骤S1的具体流程图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要特别说明的是，在本专利技术中，当元件被称为“设置于”或“设于”另一元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中元件。本文所使用的术语“垂直”、“水平”、“上”及“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，不是旨在限制本专利技术。请参阅图1，本专利技术第一实施例提供一种材料输运性能测量系统100，其包括电连接的椭圆偏振测量装置101以及热容测取装置103。椭圆偏振测量装置101包括光源20、起偏器30、样品台40、扩束镜头50、集成检偏器60、探测器组件70以及控制器80。热容测取装置103包括测温仪10以及调温仪90。其中光源20、起偏器30、样品台40、扩束镜头50、集成检偏器60以及探测器组件70依次经光路设置。控制器80与光源20、样品台40、集成检偏器60、探测器组件70、测温仪10以及调温仪90电连接，并通过lab本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种材料输运性能测量系统，其特征在于：包括椭圆偏振测量装置以及热容测取装置以及控制器，所述椭圆偏振测量装置、所述热容测取装置分别与控制器电连接；所述椭圆偏振测量装置包括依次经光路连接的光源、起偏器、样品架、集成检偏器以及探测器组件；所述样品架用于放置待测样品，光源发出的光线经过起偏器照射到待测样品，待测样品将光反射到所述集成检偏器；从待测样品反射出来的多个偏振光线入射到集成偏振器，所述探测器组件与集成偏振器连接分别检测所述多个光学信号，并将多个光学信号对应转换为多个第一电信号输出给控制器；热容测取装置非接触式测量待测样品的温度参数，并将温度参数转换为第二电信号输出给控制器；控制器解析第二电信号和多个第一电信号以获取材料输运性能参数。

【技术特征摘要】
1.一种材料输运性能测量系统，其特征在于：包括椭圆偏振测量装置以及热容测取装置以及控制器，所述椭圆偏振测量装置、所述热容测取装置分别与控制器电连接；所述椭圆偏振测量装置包括依次经光路连接的光源、起偏器、样品架、集成检偏器以及探测器组件；所述样品架用于放置待测样品，光源发出的光线经过起偏器照射到待测样品，待测样品将光反射到所述集成检偏器；从待测样品反射出来的多个偏振光线入射到集成偏振器，所述探测器组件与集成偏振器连接分别检测所述多个光学信号，并将多个光学信号对应转换为多个第一电信号输出给控制器；热容测取装置非接触式测量待测样品的温度参数，并将温度参数转换为第二电信号输出给控制器；控制器解析第二电信号和多个第一电信号以获取材料输运性能参数。2.如权利要求1所述的材料输运性能测量系统，其特征在于：所述集成检偏器包括多个偏振器，每个偏振器的方位角在0-180°之间分布，从待测样品反射出来的光线入射到偏振器；所述探测器组件包括多个探测器，所述探测器与所述偏振器一一对应设置，独立检测每一偏振器的光学信号。3.如权利要求2所述的材料输运性能测量系统，其特征在于：探测器组件还包括电子读出器，所述电子读出器与所述探测器电连接。4.如权利要求3所述的材料输运性能测量系统，其特征在于：所述电子读出器与所述探测器一一对应连接，独立获取与之对应的每一探测器所获得的信号。5.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪晓平，项晓东，
申请(专利权)人：宁波英飞迈材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33