一种多用途光电性能联合原位测试池及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种多用途光电性能联合原位测试池及其应用，属于半导体光电功能材料和器件领域，包括高压密封系统、样品加热/测试台、宽光谱透光窗口和安全阀；高压密封系统包括高压池体、主密封系统，高压池体的下部设置有宽光谱透光窗口，样品台导热板的表面安装测试探针，高压密封系统的主密封系统上还设置有进气管、热电偶插管、排气管和加热/测试电极。本发明专利技术可以在测试高压、加热、特殊气氛、强激光、强磁场等因素单独或两种以上联合作用下，连续、原位地测定半导体材料和器件的电输运性能。通过这个过程，一方面实现对半导体材料和器件性能的有效调控，另一方面可以发现新的性质和现象，为研制具有特殊功能的半导体光电器件奠定基础。

A multi-purpose joint in-situ test cell for photoelectric properties and its application

【技术实现步骤摘要】
一种多用途光电性能联合原位测试池及其应用
本专利技术涉及一种多用途光电性能联合原位测试池及其应用，属于半导体光电功能材料和器件

技术介绍
半导体光电功能材料的研究和器件研制一般通过两个途径进行：一是从现有的理论出发，对半导体材料和器件的结构进行设计，再利用适当的工艺技术制造出相应的功能器件；二是引入各种外界因素(例如光、电、温度、湿度、压力等)作用于半导体材料和器件，同时检测它们的发光、电输运等性能的变化，据此研制各种敏感材料和传感器件。在第二种途径中，已经开发出多种检测半导体材料和器件关键参数的成熟方法，包括霍耳效应、场效应、四探针电阻测试方法以及各种谱学方法(如光致发光谱、红外光谱、拉曼光谱、二次离子质谱)等。虽然现有的测试方法已比较成熟，但是它们基本上都属于“常规”测试技术，无法在多种特殊的外界因素联合作用下原位测试半导体光电材料和器件的性能。但是，通过将多种外界因素(压力、温度、湿度、气氛、光激发、磁场、电场等)联合作用于半导体材料和器件，不仅可以更好地调控它们的光电性能、发现更多新现象，而且可以在此基础上开发出更多、更好的半导体光电探测和能量转换器件。要实现这一目标，设计和研制具有联合测试功能、与现有测试仪器相互兼容的辅助设备是一条必由之路。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种用于测试半导体材料和器件性能的多用途光电性能联合原位测试池及其应用，可以在测试高压、加热、特殊气氛、强激光、强磁场等因素单独或两种以上联合作用下，连续、原位地测定半导体材料和器件的电输运性能。通过这个过程，一方面实现对半导体材料和器件性能的有效调控，另一方面可以发现新的性质和现象，为研制具有特殊功能的半导体光电器件奠定基础。本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种多用途光电性能联合原位测试池以及多用途光电性能联合原位测试池的工作方法。一种多用途光电性能联合原位测试池，包括高压密封系统、位于高压密封系统内的样品加热/测试台、位于高压密封系统上的宽光谱透光窗口和安全阀；所述高压密封系统包括高压池体、位于高压池体上端的主密封系统，用于实现高压池体的密封，维持样品测试时的高压环境，所述高压池体为一个上部圆形、下部扁平形状的高压钢筒；高压池体的下部设置有位置相对的两个第一通孔，第一通孔处均设置所述宽光谱透光窗口，用于将外部的激发光引入到样品表面，两个宽光谱透光窗口设置在高压池体下部的扁平面上，且宽光谱透光窗口正面相对，优选与样品加热/测试台高度平齐，宽光谱透光窗口上设置有窗口片，每个窗口片与高压池体之间均通过窗口密封系统密封；宽光谱透光窗口正面相对，使外界激发光可以进入高压池体内部激发样品、安装样品时可以观察样品的位置和状态、利用激光束校准高压池体和样品台的位置。样品加热/测试台是整个测试池的核心，样品加热/测试台位于两个窗口片之间，包括依次连接的样品台绝热板、样品台加热板和样品台导热板，所述样品台导热板的表面安装有能够自由转动和平移的测试探针，以便适应不同形状和尺寸的样品测试；样品台加热板和样品台导热板可以加热待测样品，使得测试池能够在不同温度下对样品的光电性能进行原位测量。样品加热/测试台的作用之一是对样品进行加热，提供高温原位测试条件，另一个作用是利用测试探针从待测样品中引出电输运信号，并通过用于测试的电极将电信号输出到外面的测试仪器上。样品台绝热板位于最左侧，其作用之一是支撑整个样品加热/测试台，另一个作用是防止样品台加热板产生的热量向外散失；样品台加热板紧贴在样品台绝热板的右侧，它的作用是对待测的样品进行加热；在样品台加热板的右侧，紧接着设置样品台导热板，它不仅可以将样品台加热板产生的热量快速传导到待测样品上，而且起着电绝缘的作用。所述高压密封系统的主密封系统上还设置有进气管、热电偶插管、排气管和加热/测试电极，所述热电偶插管内安装有热电偶，电极共6个，其中4个电极连接测试探针用于测试，另外2个电极连接样品台加热板用于加热，所述进气管和排气管上分别设置有进气管阀门和出气管阀门，所述样品加热/测试台固定于热电偶插管的底端；本专利技术中，样品测试/加热台固定于热电偶插管的底端，将热电偶插管底端放置于样品台加热板和样品台导热板之间，通过螺丝贯穿旋紧将样品测试/加热台固定于热电偶插管底端。本专利技术的高压池体为一个上部圆形、下部扁平形状的高压钢筒，上部的圆形结构可以为安装进气管、排气管、热电偶插管、加热/测试电极等提供充足的空间；下部扁平结构则可以需要时将高压池体放入磁铁两极之间的狭窄缝隙内，使测试池内具有足够强的磁场。优选的，所述高压池体底部设置有第二通孔，第二通孔处设置所述安全阀，所述安全阀包括爆破片和安全阀锁母，爆破片设置于第二通孔处，并采用安全阀锁母锁紧，必要时，为防止爆破片被安全阀锁母损坏，爆破片和安全阀锁母之间可设置垫片，当高压池体内压力超过设定值时，爆破片破裂释放高压池体内的压力，防止压力过高产生危险和造成损坏。优选的，所述主密封系统包括主密封锤、主密封圈、压紧环、主压紧法兰盘和拉紧螺栓，所述主密封锤的下边缘设有锥面，主密封圈的底部也设置有锥面，主密封圈的锥面与主密封锤的锥面相配合，压紧环压设在主密封圈上，主压紧法兰盘压设在压紧环上部，主压紧法兰通过拉紧螺栓紧固在高压池体上。通过拧紧拉紧螺栓，驱使主压紧法兰盘挤压压紧环，压紧环再挤压主密封圈使之沿着主密封锤的锥面向四周延展，封堵住主密封锤与高压池体内壁之间的缝隙，实现高压池体的密封。本专利技术的高压池体采用自紧式密封，压力越高密封效果越好。优选的，进气管、热电偶插管和排气管均与主密封锤连接，均采用锁母-卡套机构密封，其中，热电偶插管的下端为封闭状态，在确保密封效果的同时，方便拆卸和安装。锁母-卡套机构包括固定于进气管、热电偶插管或排气管上的卡套和用于紧固卡套的锁母，所述卡套底部为锥面，主密封锤上设置有与卡套的锥面相配合的孔道，卡套可卡设在孔道顶面，通过拧紧锁母压紧卡套，进而压紧孔道顶面实现密封，卡套可为不锈钢、铁等材料，对材料无要求，可根据实际情况灵活选择，卡套一般为仪器本身自带，已经商品化，也可采用普通市售产品。优选的，加热/测试电极也与主密封锤连接，采用锁母-垫片机构密封，所述锁母-垫片机构包括电极锁母和绝缘垫片，所述加热/测试电极为十字结构，包括上部、下部和位于上部和下部的突出部，所述上部、下部和突出部的侧壁上均设置有绝缘套管，所述突出部上表面和下表面均设置所述绝缘垫片。加热/测试电极安装时，可先将突出部的绝缘套管安装于突出部侧壁，然后上下依次安装绝缘垫片和绝缘套管，并将其从下方装入主密封锤的孔内，最后用电极锁母锁紧。优选的，所述窗口密封系统包括窗口片密封锤、窗口片密封圈、窗口片压紧法兰盘以及窗口片拉紧螺钉，窗口片密封锤压设在窗口片上，窗口片密封锤的底部外边缘设置有锥面，窗口片密封圈底部设置有与窗口片密封锤的锥面相配合的锥面，窗口片压紧法兰盘压设在窗口片密封圈上，窗口片压紧法兰盘压设在高压池体上，并通过窗口片拉紧螺钉紧固。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多用途光电性能联合原位测试池，其特征在于，包括高压密封系统、位于高压密封系统内的样品加热/测试台、位于高压密封系统上的宽光谱透光窗口和安全阀；/n所述高压密封系统包括高压池体、位于高压池体上端的主密封系统，用于实现高压池体的密封，所述高压池体为一个上部圆形、下部扁平形状的高压钢筒；/n所述高压池体的下部设置有位置相对的两个第一通孔，第一通孔处均设置所述宽光谱透光窗口，用于将外部的激发光引入到样品表面，宽光谱透光窗口上设置有窗口片，每个窗口片与高压池体之间均通过窗口密封系统密封；/n所述样品加热/测试台位于两个窗口片之间，包括依次连接的样品台绝热板、样品台加热板和样品台导热板，所述样品台导热板的表面安装有能够自由转动和平移的测试探针，以便适应不同形状和尺寸的样品测试；/n所述高压密封系统的主密封系统上还设置有进气管、热电偶插管、排气管和加热/测试电极，所述热电偶插管内安装有热电偶，所述进气管和排气管上分别设置有进气管阀门和出气管阀门，所述样品加热/测试台固定于热电偶插管的底端。/n

【技术特征摘要】
1.一种多用途光电性能联合原位测试池，其特征在于，包括高压密封系统、位于高压密封系统内的样品加热/测试台、位于高压密封系统上的宽光谱透光窗口和安全阀；
所述高压密封系统包括高压池体、位于高压池体上端的主密封系统，用于实现高压池体的密封，所述高压池体为一个上部圆形、下部扁平形状的高压钢筒；
所述高压池体的下部设置有位置相对的两个第一通孔，第一通孔处均设置所述宽光谱透光窗口，用于将外部的激发光引入到样品表面，宽光谱透光窗口上设置有窗口片，每个窗口片与高压池体之间均通过窗口密封系统密封；
所述样品加热/测试台位于两个窗口片之间，包括依次连接的样品台绝热板、样品台加热板和样品台导热板，所述样品台导热板的表面安装有能够自由转动和平移的测试探针，以便适应不同形状和尺寸的样品测试；
所述高压密封系统的主密封系统上还设置有进气管、热电偶插管、排气管和加热/测试电极，所述热电偶插管内安装有热电偶，所述进气管和排气管上分别设置有进气管阀门和出气管阀门，所述样品加热/测试台固定于热电偶插管的底端。


2.根据权利要求1所述的多用途光电性能联合原位测试池，其特征在于，所述高压池体底部设置有第二通孔，第二通孔处设置所述安全阀，所述安全阀包括爆破片和安全阀锁母，爆破片设置于第二通孔处，并采用安全阀锁母锁紧。


3.根据权利要求2所述的多用途光电性能联合原位测试池，其特征在于，所述主密封系统包括主密封锤、主密封圈、压紧环、主压紧法兰盘和拉紧螺栓，所述主密封锤的下边缘设有锥面，主密封圈的底部也设置有锥面，主密封圈的锥面与主密封锤的锥面相配合，压紧环压设在主密封圈上，主压紧法兰盘压设在压紧环上部，主压紧法兰通过拉紧螺栓紧固在高压池体上。


4.根据权利要求3所述的多用途光电性能联合原位测试池，其特征在于，进气管、热电偶插管和排气管均与主密封锤连接，均采用锁母-卡套机构密封，热电偶插管的下端为封闭状态；
锁母-卡套机构包括固定于进气管、热电偶插管或排气管上的卡套和用于紧固卡套的锁母，所述卡套底部为锥面，主密封锤上设置有与卡套的锥面相配合的孔道，卡套可卡设在孔道顶面，通过拧紧锁母压紧卡套，进而压紧孔道顶面实现密封。


5.根据权利要求1所述的多用途光电性能联合原位测试池，其特征在于，加...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉刚，黄丽萍，王涛，朱菲，尚美佳，崔得良，王琪珑，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37