样品台、薄膜生长设备和原位测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了样品台、薄膜生长设备和原位测量系统。该原位样品台包括导热样品座、配套使用的用于固定衬底的第一环形绝缘压片、第二环形绝缘压片、紧固件和绝缘套管，以及两组探针组件。探针组件中探针臂支架上部设有探针臂通道且中部设有弹性件，探针臂穿过探针臂通道且可上下移动和/或水平转动；弹性件一端与探针臂支架相连且另一端与探针臂可拆卸相连；金属导线贯穿探针臂且其一端与金属探针相连另一端适于与电化学测试装置相连；弹性件与探针臂相连时处于拉伸状态，探针臂在弹性件的回弹力作用下可使金属探针与集电极接触。采用该样品台可实现薄膜生长设备和电化学测试装置的耦合，原位精确、方便、高效地测试薄膜样品的高温电化学性能。的高温电化学性能。的高温电化学性能。

Sample table, film growth equipment and in-situ measurement system

【技术实现步骤摘要】
样品台、薄膜生长设备和原位测量系统


[0001]本技术属于薄膜制备与表征
，具体而言，涉及样品台、薄膜生长设备和原位测量系统。

技术介绍

[0002]电化学阻抗谱是研究固体氧化物燃料电池电极材料的一个重要的方法，在测试时通过对电池施加不同的频率，能够得到电极和电解质的阻抗，分析电化学反应的机理。然而，在制备完薄膜电极样品后将其转移至测试腔室进行电化学测试的过程中，样品不可避免的会接触环境气氛中的H2O、SO2和CO2等杂质，同时电化学测试腔中存在Si等杂质的污染，会引起测量误差以及电极的退化和极化，严重影响电化学测试的准确性。此外，样品在测试前，在薄膜生长腔室中经历了一个降温冷却的温度变化过程，而降温条件不同可能会导致电极薄膜结构发生不同的变化，进而导致不同薄膜样品测得的测试结果不稳定，从而影响测试分析的准确性和可靠性。因此，规避样品制备和测试过程中可能产生的污染，保证样品在测试过程中的洁净度，才能确保精确地研究电极材料结构和性能的关系。

技术实现思路

[0003]本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本技术的一个目的在于提出样品台、薄膜生长设备和原位测量系统。采用该样品台可以实现薄膜生长设备和电化学测试装置的耦合，将该样品台置于薄膜生长设备中用于制备薄膜电极材料，制备完成后无需取出样品即可实现样品的电化学性能测试，能够原位精确、方便、高效地测试薄膜样品的高温电化学性能。
[0004]在本技术的一个方面，本技术提出了一种用于薄膜生长及电化学测试的原位样品台。根据本技术的实施例，该原位样品台包括：
[0005]导热样品座，所述导热样品座上设有固定孔；
[0006]第一环形绝缘压片，所述第一环形绝缘压片上设有与所述固定孔对应的第一通孔，所述第一环形绝缘压片适于与所述导热样品座贴合并支撑衬底，所述衬底远离所述第一环形绝缘压片的一侧上设有两个集电极；
[0007]第二环形绝缘压片，所述第二环形绝缘压片上设有与所述第一通孔对应的第二通孔，所述第二环形绝缘压片适于覆盖所述衬底的周向边缘并裸露出所述集电极；
[0008]紧固件，所述紧固件适于贯穿所述第二通孔和所述第一通孔并与所述固定孔可拆卸相连；
[0009]绝缘套管，所述绝缘套管套设在所述紧固件上并位于所述第一通孔和第二通孔之间；
[0010]两组探针组件，每组所述探针组件分别独立地包括金属探针、金属导线、探针臂和探针臂支架：所述探针臂支架邻近所述导热样品台的端部设置，所述探针臂支架上部设有探针臂通道且中部设有弹性件，所述探针臂穿过所述探针臂通道且可上下移动和/或水平
转动；所述弹性件的一端与所述探针臂支架相连，所述弹性件的另一端与所述探针臂可拆卸相连；所述金属导线贯穿所述探针臂，且所述金属导线的一端与所述金属探针相连，所述金属导线的另一端适于与电化学测试装置相连；所述弹性件与所述探针臂相连时处于拉伸状态，所述探针臂在所述弹性件的回弹力作用下可使所述金属探针与所述集电极接触。
[0011]本技术上述实施例的用于薄膜生长及电化学测试的原位样品台至少具有以下优点：1、该原位样品台可以用于脉冲激光沉积设备、磁控溅射设备或蒸发镀膜设备等薄膜生长设备来制备电极薄膜样品，获得结构致密且界面清晰的电极薄膜；2、薄膜生长过程中，衬底是夹持在第一环形绝缘压片和第二环形绝缘压片之间的，衬底与导热样品座不直接接触，且衬底和最终制得电极薄膜样品与绝缘压片和金属样品台之间均不会形成电连接，能够进一步保证测量结果的准确性；3、可以利用紧固件结合绝缘压片实现对衬底的固定，并利用探针组件中的探针支架和弹性件来实现探针与衬底集电极的接触和分离，对样品进行测试时，需要金属探针与衬底的集电极接触以确保金属探针能够与电极薄膜样品电连接，此时在制备样品前可以利用弹性件对探针臂施加一定的拉力，使金属探针止抵于衬底的集电极，而当需要更换衬底或样品时，可以将弹性件与探针臂分离，使探针臂能够围绕探针臂通道上下和/或左右活动，便于操作；其中，绝缘套管的设置还可以进一步避免邻近(生长在衬底上的)薄膜样品区域裸露出来的紧固件可能带来的杂质；4、原位样品台可以整体拆卸或移动，方便操作；5、电极薄膜生长完成后，无需将电极薄膜样品转移至薄膜生长设备外，可以通过探针组件直接与电化学测试装置电连接实现对电极薄膜样品的电化学测试，由此不仅能够消除电极薄膜样品在转移过程中外界环境气氛中H2O、SO2和CO2等污染源对表面反应的影响，实现氧化物薄膜样品在制备、转移和测试过程中的环境洁净度，实现超清洁电化学性能分析，提高测试的准确性；还能在高温下直接对制得的电极薄膜样品进行测试，从而一方面能够避免薄膜样品从高温向低温转变时，相同材质的薄膜样品在不同降温条件下导致电极薄膜结构不一致进而影响测量分析结果的可靠性和准确性的问题，另一方面能够省去降温过程，大大提高测试效率；6、原位样品台在使用过程中，导热样品座是直接与薄膜生长设备的加热器贴合的，在测试过程中可以通过调节薄膜生长设备的加热器温度灵活调节薄膜样品的测试温度(如杂质反应所需温度)，由此可以进一步有利于提高测试分析的准确性。
[0012]另外，根据本技术上述实施例的用于薄膜生长及电化学测试的原位样品台还可以具有如下附加的技术特征：
[0013]在本技术的一些实施例中，用于薄膜生长及电化学测试的原位样品台还包括：热电偶，所述热电偶贯穿所述探针臂支架并伸入所述第一环形绝缘压片中。
[0014]在本技术的一些实施例中，所述紧固件与所述固定孔螺纹相连、卡接相连或插拔相连。
[0015]在本技术的一些实施例中，所述第一环形绝缘压片上设有多个沿其周向均匀布置的第一通孔，所述第二通孔的个数与所述第一通孔相同。
[0016]在本技术的一些实施例中，所述探针臂通道为贯穿所述探针臂支架的第三通孔，所述第三通孔的孔径大于所述探针臂的外径；或者，所述探针臂通道为设在所述探针臂支架顶部的凹槽，所述凹槽容纳并支撑所述探针臂。
[0017]在本技术的一些实施例中，所述弹性件为弹簧，所述弹簧一端通过紧固螺钉
与所述探针臂支架相连，另一端与所述探针臂可拆卸相连，所述弹簧的自由长度不大于所述紧固螺钉与所述探针臂之间的垂直距离。
[0018]在本技术的一些实施例中，所述导热样品座为金属样品座，所述第一环形绝缘压片和所述第二环形绝缘压片分布独立地为纯度不低于99.8％的高纯氧化铝压片，所述探针臂为纯度不低于99.8％的高纯氧化铝探针臂，所述金属探针为纯度不低于99.9％的铂
‑
铱合金探针；所述金属导线为纯度不低于99.9％的铂导线。
[0019]在本技术的再一个方面，本技术提出了一种薄膜生长设备。根据本技术的实施例，该薄膜生长设备包括上述用于薄膜生长及电化学测试的原位样品台。与现有技术相同，采用该薄膜生长设备至少具有以下优点：1、可制得结构致密且界面清晰的电极薄膜样品；2、可以精确控制薄膜生长及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于薄膜生长及电化学测试的原位样品台，其特征在于，包括：导热样品座，所述导热样品座上设有固定孔；第一环形绝缘压片，所述第一环形绝缘压片上设有与所述固定孔对应的第一通孔，所述第一环形绝缘压片适于与所述导热样品座贴合并支撑衬底，所述衬底远离所述第一环形绝缘压片的一侧上设有两个集电极；第二环形绝缘压片，所述第二环形绝缘压片上设有与所述第一通孔对应的第二通孔，所述第二环形绝缘压片适于覆盖所述衬底的周向边缘并裸露出所述集电极；紧固件，所述紧固件适于贯穿所述第二通孔和所述第一通孔并与所述固定孔可拆卸相连；绝缘套管，所述绝缘套管套设在所述紧固件上并位于所述第一通孔和第二通孔之间；两组探针组件，每组所述探针组件分别独立地包括金属探针、金属导线、探针臂和探针臂支架：所述探针臂支架邻近所述导热样品台的端部设置，所述探针臂支架上部设有探针臂通道且中部设有弹性件，所述探针臂穿过所述探针臂通道且可上下移动和/或水平转动；所述弹性件的一端与所述探针臂支架相连，所述弹性件的另一端与所述探针臂可拆卸相连；所述金属导线贯穿所述探针臂，且所述金属导线的一端与所述金属探针相连，所述金属导线的另一端适于与电化学测试装置相连；所述弹性件与所述探针臂相连时处于拉伸状态，所述探针臂在所述弹性件的回弹力作用下可使所述金属探针与所述集电极接触。2.根据权利要求1所述的用于薄膜生长及电化学测试的原位样品台，其特征在于，还包括：热电偶，所述热电偶贯穿所述探针臂支架并伸入所述第一环形绝缘压片中。3.根据权利要求1所述的用于薄膜生长及电化学测试的原位样品台，其特征在于，所述紧固件与所述固定孔螺纹相连、卡接相连或插拔相连。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈迪，赵云，许建兵，苏虹阳，刘鹏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：