多样品霍尔效应自动测试设备制造技术

一种基于多样品霍尔效应测试设备，系为多片样片霍尔效应测试设备，主要应用于批量半导体材料电学输运性能的测试。该设备主要由一个主系统和一个从系统及一只ＰＣ机组成。主系统主要负责测试信号的产生和接收，测试过程中被测样品的自动切换；从系统主要负责提供测试平台和测试磁场。设备电学参数的测量，并将测试结果显示在测试面板上。本设备的最大的优点是可以实现多片样品的连续测量，以及对于磁场的精确控制，从而提高了测试效率和测试精度。另外可以实现半导体材料测试电极的Ⅰ－Ⅴ曲线测试，变磁场霍尔效应测试，以及电子数据的存储，从而自动完成批量被测样品的测试及测试结果记录的整个过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体材料电学参数多样品测试设备，尤其适用例如卫星红外探测器等的室温或低温半导体材料电学参数批量测试。测试样品数为1～6片。
技术介绍
由于目前大部分霍尔测试系统中，只能实现单片样品电学参数的自动测量。因此多片样品的测试只能每次将单个样品装入样品架进行测试，测试完毕需要将其取出再将另一片样品装入。工作效率比较低，只能供少量的半导体材料的测试或实验需求，不能满足需要批量测试的半导体材料的电学参数的测试。多样品霍尔效应测试设备可以满足这种要求。其通过自制的继电器输入输出模块来实现多样品之间的切换，从而大大提高测试效率。由于这些模块属于自己研制，很大程度地减小了资金的投入，节省了成本。具体测试内容包括材料的电阻率，载流子浓度，载流子迁移率，材料的I-V特性等。
技术实现思路
综上所述，如何克服现有技术的缺点，使之既能够实现单个样品的霍尔效应的自动测量，又能实现测试过程中多个样品自动切换，以及提高工作效率，乃是本专利技术所要解决的技术问题，因此，本专利技术的目的是提供一种多样品霍尔效应自动测试设备，特别是适用半导体材料电学性能的批量测试。本专利技术技术方案如下根据本专利技术的一种多样品霍尔效应自动测试设备，包括一具有信号处理功能的主系统，其具有一继电器转入输出模块，其设有连接口D4、C4和A4，其中连接口D4连接一电流源，提供测试过程的样品电流；连接口C4连接一电压计，用于测试信号电压；连接口D4连接一输入输出信号总线，连接到被测样品；连接口A4连接一开关量卡端子，由一5伏直流电压源给一信号转换模块提供电压源；一大功率继电器输入输出模块，接口A5连接开关量卡端子，接口B5连接一100V20A直流稳压电源，输出接口C5连接电磁铁，提供测试磁场。由一12伏直流电源为信号转换模块提供电源；大功率继电器输入输出模块受控将输入端口B5的电压正向，或者反向输出到输出接口C5，实现对测试磁场的控制。一为提供测试平台和测试磁场的从系统，含有一带水冷系统的电磁铁，连接到大功率继电器转换模块的输出，提供受控的磁场强度；电磁铁中间放置一液氮杜瓦，里面放置一不锈钢容器，来实现被测样品和液氮之间的隔离；不锈钢容器里面放置一测试样品架，样品架接口通过信号总线连接到继电器输入输出模块；以及一PC机，其内装设GPIB488卡和开关量卡，以及数字模拟输出卡，分别用于控制电流源输出测试过程所需样品电流、控制测试输出电压的量值，以及用于输出稳压直流电源的控制信号，以及还在PC机中设有基于Labview的自动测试模块，继电器输入输出模块和大功率输入输出控制模块的控制模块，励磁电源输出的渐升和渐降的控制模块，I-V测试模块，电流源控制模块，电压计控制模块，开关量卡控制模块，数字模拟卡控制模块，数据处理模块，电子数据存储模块；PC机以系统总线连接GPIB488卡，运行电流源控制模块控制电压计输出样品测试电流到继电器输入输出模块，PC机以系统总线连接开关量卡，运行开关量卡控制模块控制继电器输入输出模块，将电流输出到被测样品；PC机以系统总线连接数字模拟输出卡，运行开关量卡控制模块控制大功率继电器输入输出模块，将直流稳压电源和电磁铁连通或反向连通；运行数字模拟卡控制模块控制数字模拟卡输出控制信号，控制直流稳压电源，输出励磁电源；运行电流源控制模块控制电压计测试信号电压的数值；运行数据处理模块，将测试信号处理成样品的电学参数输出到控制面板；运行电子数据存储模块，将电学参数保存成电子文件。进一步，6片样品的连续自动测量；所说继电器输入输出模块控制测试过程中多样品之间的自动切换；最好是，大功率继电器输入输出模块控制直流稳压电源和电磁铁的连接和倒向；更可取的是，电磁铁中间放置一液氮杜瓦，里面放置一不锈钢容器，来实现被测样品和液氮之间的隔离。里面放置一测试样品架，样品架通过37芯信号总线连接到继电器输入输出模块；同样最好是，所述的样品架的电缆架座是由黄铜制成，连接的管道和其上法兰盘是由不锈钢制成，另一端的孔板和样品板是由紫铜制成此处，同样最好是，六片样品I-V测试分系统，Keithley2400，连接继电器输入输出模块，并连接到被测样品；所述的是6片样品的连续自动测量。本专利技术具有以下优点1，人机界面比较友好，统一采用了windows风格的单元，醒目方便；并且采用了多界面的形式，条理性强；相对与传统的dos软件控制系统，较具人性化。2，功能拓展性比较大。能够在原有程序的基础上，通过修改程序控制模块来实现变磁场霍耳效应测量。并已在原有程序的基础上开发出I-V测量系统，实现了样品的单次测量就能得到IV特性和霍耳电学参数。3，测量效率较高。与目前普遍使用的霍耳效应测量设备相比，本系统能够单次准确测量6片样品的电学参数。节省了人力，并提高了测量效率，有利于产业化的进行。4，稳定性高。利用磁场控制模块控制的D/A卡输出连续的精确的控制信号，从而使励磁电源电压上升速率稳定，并精确控制获得得测试磁场。附图说明图1为本专利技术的系统结构原理图；图2为本专利技术中的直流稳压电源接口示意图；图3为本专利技术中的Keithley仪表接口示意图；图4为本专利技术中的继电器输入输出模块示意图；图5为本专利技术中的大功率继电器输入输出模块示意图；图6为本专利技术中的样品架示意图；图7为本专利技术中的程序模块示意图；图8为本专利技术中的LabView程序运行流程示意图； 图9为本专利技术中的程序界面图；以及图10为本专利技术的样品测试参数。具体实施例方式下面根据图1～图10给出本专利技术一个较好的实施例，并结合对实施例的描述，进一步给出本专利技术的技术细节，使能更好地说明本明的结构特征和功能特点，但不是用来限制本专利技术的范围，因此，凡合乎于本专利技术范围之精神及类似变化的实施例，均应包含在本专利技术范畴之内。请参阅图1所示，本专利技术设备包括主系统1和从系统2。主系统1包括100V20A直流稳压电源101，电流源102和电压计103，继电器输入输出模块108，大功率继电器输入输出模块109；从系统包括电磁铁111，液氮杜瓦112，不锈钢套管113，样品架114等。具体情况如下a.如图1和图2所示，直流稳压电源101，直流稳压电源101置于主系统1机柜的第一层，直流稳压电源的A1端连接数字模拟输出卡接105口A3，接收由数字模拟输出卡输出的控制信号。b.如图1和图3所示，电流源101和电压计103，实施例中电流源102和电压计103，分别采用仪表Keithley2400型和Keithley2000型，它们被放置在主系统1机柜的第二层，Keithley2400电流源102的端口A2连接继电器输入输出模块108，提供测试过程中所需的样品电流。端口E2接入220V交流电源。Keithley2000电压计103置于右边，Keithley2000端口C2连接继电器输入输出模块108，用于测试信号电压，F2端接入220V交流电源。c.如图1和图4所示，继电器输入输出模块108箱，继电器输入输出模块108箱放置在主系统机柜的第三层，里面放置了信号转换模块401，电源电压继电器组(J1～J7)403，样品继电器组(JA1～JA6)404，以及给信号转换模块供电的5伏电源402。开关量卡端口C3连接继电器输入输出模块108的端口A4，连接到里面的信号转换模块401。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多样品霍尔效应自动测试设备，包括：主系统（１）和从系统（２），以及ＰＣ机（１０４），其特征在于：主系统（１）具有信号处理功能，其具有：一继电器输入输出模块（１０８），其设有连接口Ｄ４、Ｃ４和Ａ４，该连接口Ｄ４连接一电流源 （１０２），提供测试过程的样品电流；连接口Ｃ４连接一电压计（１０３），用于测试信号电压；连接口Ｄ４连接一输入输出信号总线（１１０），连接到被测样品；连接口Ａ４连接一开关量卡端子（１０７），由一５伏直流电压源（４０２）为一信号转换模块（４０１）提供电压源；一大功率继电器输入输出模块（１０９），其接口Ａ５连接开关量卡端子，接口Ｂ５连接一１００Ｖ２０Ａ直流稳压电源（１０１），输出接口Ｃ５连接电磁铁，提供测试磁场，由一１２伏直流电源（５０２）为信号转换模块（５０１）提供电源； 大功率继电器输入输出模块（１０９）受控将输入端口Ｂ５的电压正向，或者反向输出到输出接口Ｃ５，实现对测试磁场的控制；该电流源（１０２）和电压计（１０３）通过ＧＰＩＢ４８８总线接口连接ＰＣ机（１０４）的ＧＰＩＢ４８８卡（１０６）；　 　该开关量卡端子（１０７）通过信号总线（１１０）连接到ＰＣ机（１０４）的一开关量卡（１０７）；该直流稳压电源（１０１）的受控端口Ａ５连接到ＰＣ机（１０４）的一数模转化卡（１０５）；从系统（２）提供测试平台和测试磁场，具有一带 水冷系统的电磁铁（１１１），连接到大功率继电器转换模块（１０８）的输出端口Ｃ５，提供受控的磁场强度；电磁铁（１１１）中间放置一液氮杜瓦（１１２），里面放置一不锈钢容器（１１３），以实现被测样品和液氮之间的隔离；不锈钢容器（１１３）里面放置一测试样品架（１１４），该样品架（１１４）的端口Ａ５通过信号总线（１１０）连接到继电器输入输出模块（１０８）；ＰＣ机（１０４），其上设有ＧＰＩＢ４８８卡（１０６）和开关量卡（１０７），以及数字模拟输出卡（１０５），分别连接电流源（１０ ２），电压计（１０３）和开关量卡（１０７）端子，以及连接直流稳压电源（１０１）；并在ＰＣ机（１０４）中设有基于Ｌａｂｖｉｅｗ的自动测试模块（７０１），继电器输入输出模块和大功率输入输出控制模块的控制模块（７０２），励磁电源输出的渐升和渐降的控制模块（７０３），Ⅰ－Ⅴ测试模块，电流源控制模块（７０４），电压计控制模块（７０５），开关量卡控制模块（７０６），数字模拟卡...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓阳，陈新禹，林杏潮，陆荣，邵秀华，张莉萍，龚海梅，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]