本發(fā)明涉及電學(xué)性質(zhì)測試設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種多功能半導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)快速測試裝置及方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體陶瓷材料的直流電學(xué)性質(zhì)表征常采用四端法，該方法利用四條導(dǎo)線與樣品連接，連接處粘有等間距的四個(gè)電極，外側(cè)兩條導(dǎo)線提供恒定電流，內(nèi)側(cè)兩條導(dǎo)線測量電壓，通過歐姆定律計(jì)算得到材料的本征電阻和體電阻率；該方法的優(yōu)點(diǎn)在于消除了測試電極與樣品間的接觸電阻以及導(dǎo)線本身的電阻對樣品電阻值的影響，非常適于測試電阻值較小的半導(dǎo)體材料的本征電阻和電阻率。另外，通過自制樣品桿，結(jié)合程序控溫系統(tǒng)和氣氛調(diào)節(jié)系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)一定溫度和氣氛條件下的直流電學(xué)性質(zhì)測試功能。

半導(dǎo)體陶瓷材料的直流電學(xué)性質(zhì)表征常采用四端法，該方法利用四根探針與樣品接觸，觸點(diǎn)位置粘有等間距的四個(gè)電極，兩條導(dǎo)線提供恒定電流，兩條導(dǎo)線測量電壓，通過歐姆定律計(jì)算得到材料的本征電阻和體電阻率。四根探針的排列方式主要有兩種，一種為四根探針等間距排列成一條直線，簡稱線形排列；另一種為四根探針等間距排列成正方形，簡稱方形排列。當(dāng)待測試樣為片狀時(shí)，兩種排布方式都可適用；當(dāng)待測試樣為條狀時(shí)，則第一種探針排列方式更為方便；該方法的優(yōu)點(diǎn)在于降低了測試電極與樣品間的接觸電阻以及導(dǎo)線本身的電阻對樣品電阻值的影響，非常適用于測試電阻值較小的半導(dǎo)體材料的本征電阻和電阻率。另外，通過自制樣品桿，結(jié)合程序控溫系統(tǒng)和氣氛調(diào)節(jié)系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)一定溫度和氣氛條件下的直流電學(xué)性質(zhì)測試功能。

半導(dǎo)體陶瓷材料的交流電學(xué)性質(zhì)表征常采用LCR數(shù)字電橋法；LCR數(shù)字電橋法具有低阻測量、高阻屏蔽的優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是外側(cè)導(dǎo)體可以作為測試信號電流的回路，當(dāng)同一電流流過中心導(dǎo)體和外屏蔽導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體周圍無外端磁場發(fā)生。由于測試電流不產(chǎn)生磁場，測試樣品就不會因自身或耦合電感產(chǎn)生附加測試誤差。因此，該方法能使寄生電容和殘余電感在測試樣品時(shí)降至最小，從而保證良好的測試精度。另外，通過自制樣品桿，結(jié)合程序控溫系統(tǒng)和氣氛調(diào)節(jié)系統(tǒng)同樣可實(shí)現(xiàn)一定溫度和氣氛條件下的交流電學(xué)性質(zhì)測試功能。

目前針對半導(dǎo)體陶瓷材料的電學(xué)測試裝置多為自制，一次僅能完成一個(gè)樣品的性質(zhì)表征，裝置大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測試效率較低，且無法完成同一測試條件下交、直流測試項(xiàng)目的快速切換。

現(xiàn)有半導(dǎo)體陶瓷材料的電學(xué)測試裝置多為自制，主要存在以下缺點(diǎn)：

A、樣品桿存在設(shè)計(jì)缺陷：

1、測試效率低，測試過程中無法實(shí)現(xiàn)待測樣品的快速切換。現(xiàn)有半導(dǎo)體陶瓷材料的電學(xué)測試樣品桿一次僅能完成一個(gè)樣品的電學(xué)性質(zhì)表征，無法同時(shí)考察多樣品在同一溫度和氣氛條件下的電學(xué)性質(zhì)，無法在測試過程中實(shí)現(xiàn)待測樣品的快速切換。若每個(gè)待測樣品均配置一臺電學(xué)測試設(shè)備，雖可實(shí)現(xiàn)多樣品同溫度和氣氛條件下的電學(xué)表征，但一方面無法保證多臺測試儀器測試結(jié)果的平行性和準(zhǔn)確性，另一方面大大增加了多樣品電學(xué)測試裝置的搭建成本。

2、樣品緊固結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有磁性，高溫抗氧化性差。目前半導(dǎo)體陶瓷材料的電學(xué)測試樣品桿中樣品緊固結(jié)構(gòu)主要為金屬夾片式或金屬彈簧式，樣品固定過程比較繁瑣。金屬緊固結(jié)構(gòu)的材質(zhì)多為不銹鋼，若待測樣品為鐵磁陶瓷材料，則會磁化緊固裝置使其帶磁，從而對樣品的電學(xué)性質(zhì)測試結(jié)果造成嚴(yán)重干擾，無法得到準(zhǔn)確測試結(jié)果。此外，金屬夾片式或彈簧式緊固結(jié)構(gòu)在反復(fù)高、低溫測試條件下會造成應(yīng)力疲勞和表面氧化，逐漸失去緊固力度，較易發(fā)生應(yīng)力斷裂。

3、尚缺乏兼容交、直流電學(xué)測試項(xiàng)目的多功能樣品桿。目前半導(dǎo)體陶瓷材料的電學(xué)測試裝置中樣品桿僅能實(shí)現(xiàn)單一直流電阻或者單一交流阻抗的測試功能，這是由于兩者測試原理的不同導(dǎo)致，直流電阻測試要求測試電極為單面等間距排列，而交流阻抗測試要求測試電極為前后兩端排列。因此，現(xiàn)有樣品桿無法同時(shí)滿足交、直流電學(xué)性質(zhì)的同步測定。

B、電學(xué)測試項(xiàng)目的切換裝置存在設(shè)計(jì)缺陷：

1、無法實(shí)現(xiàn)交、直流電學(xué)測試項(xiàng)目的快速切換。由于現(xiàn)有半導(dǎo)體陶瓷材料的電學(xué)測試裝置無法同時(shí)兼容交、直流電學(xué)測試功能，因此缺少交、直流電學(xué)測試項(xiàng)目的快速切換部件，無法實(shí)現(xiàn)測試項(xiàng)目的快速切換。

2、多樣品電學(xué)測試數(shù)據(jù)平行性較差，測試效率低。當(dāng)測試者考察多樣品的電學(xué)性質(zhì)時(shí)，一方面希望在同一溫度或氣氛條件下，采用同一測試儀表，這樣得到的多樣品電學(xué)測試數(shù)據(jù)具有良好的平行性，便于進(jìn)一步分析對比。另一方面希望在盡可能少的時(shí)間內(nèi)考察盡量多的樣品的電學(xué)性質(zhì)，這樣可節(jié)約測試時(shí)間，提高測試效率。然而現(xiàn)有半導(dǎo)體陶瓷材料的電學(xué)測試裝置無法同時(shí)具備以上兩個(gè)特點(diǎn)。

綜上所述，本發(fā)明針對樣品桿和電學(xué)測試項(xiàng)目切換裝置進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，較好地解決了以上兩個(gè)技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種多功能半導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)快速測試裝置及方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種多功能半導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)快速測試裝置，包括多功能樣品桿、管式加熱爐、雙排端子接線板和電學(xué)性質(zhì)測試儀表，所述多功能樣品桿設(shè)置在管式加熱爐中，所述管式加熱爐中設(shè)有三孔氧化鋁隔熱磚，所述多功能樣品桿的三根剛玉芯用三孔矩形管夾固定，并通過銀線將三個(gè)待測樣品與雙排端子接線板的三組第一鍍銀端子接線柱連接，所述雙排端子接線板兩端的第一鍍銀端子接線柱和第二鍍銀端子接線柱通過銀線連接，所述第二鍍銀端子接線柱分別連接三個(gè)接頭，所述電學(xué)性質(zhì)測試儀表的四根導(dǎo)線與一個(gè)可插拔四端子導(dǎo)線插座連接，所述可插拔四端子導(dǎo)線插座與三個(gè)接頭當(dāng)中的任意一個(gè)接頭連接。

優(yōu)選的，所述多功能樣品桿由四孔剛玉管、測試臺、連接測試臺和四孔剛玉管的連接桿構(gòu)成；所述四孔剛玉管由矩形管夾固定，所述連接桿由喉箍卡固定；所述測試臺包括螺絲、樣品臺、待測樣品、成對剛玉片、可控長度螺絲組成；所述螺絲連接連接桿；所述成對剛玉片包括第一剛玉片、第二剛玉片，所述待測樣品設(shè)置于樣品臺上，所述待測樣品設(shè)置在第一剛玉片與第二剛玉片之間，所述待測樣品引出的銀絲穿過第二剛玉片，與四孔剛玉管引出的四根銀絲相互打結(jié)，所述可控長度螺絲設(shè)置在成對剛玉片外側(cè)。

優(yōu)選的，所述管式加熱爐包括程序控溫管式馬弗爐、鋼制進(jìn)氣法蘭、減壓器以及相關(guān)氣瓶和通氣管路；所述鋼制進(jìn)氣法蘭固定在程序控溫管式馬弗爐的進(jìn)氣一側(cè)，鋼制進(jìn)氣法蘭進(jìn)氣嘴經(jīng)通氣管路與氣氛混合與流量控制設(shè)備連接，氣氛混合與流量控制設(shè)備通過減壓器與相關(guān)氣瓶連接。

優(yōu)選的，所述銀線的直徑為0.7mm；所述銀線外包熱縮絕緣管。

優(yōu)選的，所述電學(xué)性質(zhì)測試儀表包括交、直流電學(xué)性質(zhì)快速切換裝置，交、直流電學(xué)性質(zhì)快速切換裝置由個(gè)接線板，第一四端子接線公頭、第二四端子接線公頭、第三四端子接線公頭，四端子接線母頭以及若干條導(dǎo)線組成，所述接線板由三排鍍銀接線柱構(gòu)成，其中第一、第三兩排分別為12個(gè)間距為10mm的鍍銀端子，第二排為6個(gè)間距為20mm的鍍銀端子，所述接線板的第一排12個(gè)接線端子分別與第一六孔剛玉管、第二六孔剛玉管、第三六孔剛玉管引出的12條直流測試導(dǎo)線連接，同時(shí)第一排的12個(gè)接線端子與第三排對應(yīng)的12個(gè)接線端子在接線板底部經(jīng)導(dǎo)線連接，第三排的12個(gè)接線端子通過導(dǎo)線與第一四端子接線公頭、第二四端子接線公頭、第三四端子接線公頭連接；四端子接線母頭引出的4條導(dǎo)線分別接入直流電學(xué)性質(zhì)測試設(shè)備的電流輸出端以及電位測試端，所述接線板的第二排6個(gè)接線端子分別與第一六孔剛玉管、第二六孔剛玉管、第三六孔剛玉管引出的6條交流測試導(dǎo)線連接，在第二排6個(gè)接線端子引出的導(dǎo)線中，每對對應(yīng)的交流電壓、電流端連接在一個(gè)開爾文夾子上。

優(yōu)選的，其使用方法包括以下步驟：

A、多功能樣品桿的三根剛玉芯用三孔矩形管夾固定，通過銀線將三個(gè)待測樣品與雙排端子接線板的三組鍍銀端子接線柱連接；

B、再用銀線將雙排端子接線板兩端的三組鍍銀端子接線柱連接，最后將三組鍍銀端子接線柱與對應(yīng)的三個(gè)可插拔四端子導(dǎo)線接頭用銀線連接；銀線外包熱縮絕緣管，將多功能樣品桿置入管式加熱爐中，并從右向左通入特定低壓氣體；

C、電學(xué)性質(zhì)測試儀表的四根導(dǎo)線與一個(gè)可插拔四端子導(dǎo)線插座連接，該插座可與三個(gè)接頭當(dāng)中的任意一個(gè)連接；

D、將待測樣品置于樣品臺上，待測樣品置于第一剛玉片與第二剛玉片之間，待測樣品引出的銀絲穿過第二剛玉片，與四孔剛玉管引出的四根銀絲相互打結(jié)，之后調(diào)節(jié)可控長度螺絲的長度，使得可控長度螺絲把第一剛玉片和第二剛玉片和待測樣品壓在樣品臺上；實(shí)現(xiàn)針對某特定樣品在特定測試條件下的電學(xué)性質(zhì)表征。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明可在一定氣氛條件以及一定溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對多樣品的直流、交流電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行同步測試，而測試樣品或測試功能的切換僅需將對應(yīng)的四端子插頭、插座進(jìn)行插拔即可完成；本發(fā)明構(gòu)造簡單，成本較低，測試樣品和測試功能切換快捷方便，同一溫度、氣氛條件下即可同時(shí)完成多個(gè)樣品的多種電學(xué)性質(zhì)表征工作，極大縮短測試時(shí)間，提高測試效率，并且顯著改善測試數(shù)據(jù)的平行性。該裝置適用于表征半導(dǎo)體陶瓷樣品在不同溫度和確定氣氛條件下的交、直流電學(xué)性質(zhì)，在傳感、催化、儲能、燃料電池等相關(guān)領(lǐng)域的新材料電學(xué)性能評價(jià)方面表現(xiàn)出巨大的商業(yè)價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的多功能樣品桿結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的局部結(jié)構(gòu)放大圖；

圖4為本發(fā)明的管式加熱爐結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的交、直流電學(xué)性質(zhì)快速切換裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1-5，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種多功能半導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)快速測試裝置，包括多功能樣品桿1、管式加熱爐2、雙排端子接線板3和電學(xué)性質(zhì)測試儀表4，多功能樣品桿1設(shè)置在管式加熱爐2中，所述管式加熱爐2中設(shè)有三孔氧化鋁隔熱磚5，所述多功能樣品桿1的三根剛玉芯用三孔矩形管夾6固定，并通過銀線將三個(gè)待測樣品7與雙排端子接線板3的三組第一鍍銀端子接線柱8連接，所述雙排端子接線板3兩端的第一鍍銀端子接線柱8和第二鍍銀端子接線柱9通過銀線連接，所述第二鍍銀端子接線柱9分別連接三個(gè)接頭10，所述電學(xué)性質(zhì)測試儀表4的四根導(dǎo)線11與一個(gè)可插拔四端子導(dǎo)線插座12連接，所述可插拔四端子導(dǎo)線插座12與三個(gè)接頭10當(dāng)中的任意一個(gè)接頭連接。

本實(shí)施例中，多功能樣品桿1由四孔剛玉管13、測試臺14、連接測試臺14和四孔剛玉管13的連接桿15構(gòu)成；所述四孔剛玉管13由矩形管夾固定，以減小外界對多功能樣品桿1的干擾；所述連接桿15由喉箍卡17固定，以保證連接桿15可以調(diào)控多功能樣品桿1的長度，以適應(yīng)不同大小的管式加熱爐2；所述測試臺14包括螺絲18、樣品臺19、待測樣品7、成對剛玉片、可控長度螺絲20組成；所述螺絲18連接連接桿15；所述成對剛玉片包括第一剛玉片21、第二剛玉片22，所述待測樣品7設(shè)置于樣品臺19上，所述待測樣品7設(shè)置在第一剛玉片21與第二剛玉片22之間，所述待測樣品7引出的銀絲穿過第二剛玉片22，與四孔剛玉管13引出的四根銀絲相互打結(jié)，待測樣品7引出的四根銀絲套上小瓷環(huán)，達(dá)到絕緣的目的；所述可控長度螺絲20設(shè)置在成對剛玉片外側(cè)。

本實(shí)施例中，所述管式加熱爐2包括程序控溫管式馬弗爐23、鋼制進(jìn)氣法蘭24、減壓器25以及相關(guān)氣瓶26和通氣管路；所述鋼制進(jìn)氣法蘭24固定在程序控溫管式馬弗爐23的進(jìn)氣一側(cè)，程序控溫管式馬弗爐23的恒溫區(qū)應(yīng)不少于多功能樣品桿的長度，程序控溫管式馬弗爐爐管23的直徑應(yīng)大于三套多功能樣品桿的寬度之和；鋼制進(jìn)氣法蘭24進(jìn)氣嘴經(jīng)通氣管路與氣氛混合與流量控制設(shè)備連接，氣氛混合與流量控制設(shè)備通過減壓器25與相關(guān)氣瓶26連接。

本實(shí)施例中，銀線的直徑為0.7mm；所述銀線外包熱縮絕緣管。

本實(shí)施例中，電學(xué)性質(zhì)測試儀表包括交、直流電學(xué)性質(zhì)快速切換裝置，交、直流電學(xué)性質(zhì)快速切換裝置由個(gè)接線板27，第一四端子接線公頭28、第二四端子接線公頭29、第三四端子接線公頭30，四端子接線母頭31以及若干條導(dǎo)線組成，所述接線板27由三排鍍銀接線柱構(gòu)成，其中第一、第三兩排分別為12個(gè)間距為10mm的鍍銀端子，第二排為6個(gè)間距為20mm的鍍銀端子，所述接線板27的第一排12個(gè)接線端子分別與第一六孔剛玉管32、第二六孔剛玉管33、第三六孔剛玉管34引出的12條直流測試導(dǎo)線連接，同時(shí)第一排的12個(gè)接線端子與第三排對應(yīng)的12個(gè)接線端子在接線板底部經(jīng)導(dǎo)線連接，第三排的12個(gè)接線端子通過導(dǎo)線與第一四端子接線公頭28、第二四端子接線公頭29、第三四端子接線公頭30連接；四端子接線母頭31引出的4條導(dǎo)線分別接入直流電學(xué)性質(zhì)測試設(shè)備的電流輸出端以及電位測試端，所述接線板27的第二排6個(gè)接線端子分別與第一六孔剛玉管32、第二六孔剛玉管33、第三六孔剛玉管34引出的6條交流測試導(dǎo)線連接，在第二排6個(gè)接線端子引出的導(dǎo)線中，每對對應(yīng)的交流電壓、電流端連接在一個(gè)開爾文夾子上。

本發(fā)明的使用方法包括以下步驟：

A、多功能樣品桿的三根剛玉芯用三孔矩形管夾固定，通過銀線將三個(gè)待測樣品與雙排端子接線板的三組鍍銀端子接線柱連接；

B、再用銀線將雙排端子接線板兩端的三組鍍銀端子接線柱連接，最后將三組鍍銀端子接線柱與對應(yīng)的三個(gè)可插拔四端子導(dǎo)線接頭用銀線連接；銀線外包熱縮絕緣管，將多功能樣品桿置入管式加熱爐中，并從右向左通入特定低壓氣體，保持一段時(shí)間使全部樣品均處于相同氣氛條件下；調(diào)整樣品桿位置，使全部樣品均位于爐體恒溫區(qū)同一截面上，以保證樣品溫度的準(zhǔn)確性和平行性。

C、電學(xué)性質(zhì)測試儀表的四根導(dǎo)線與一個(gè)可插拔四端子導(dǎo)線插座連接，該插座可與三個(gè)接頭當(dāng)中的任意一個(gè)連接；

D、將待測樣品置于樣品臺上，待測樣品置于第一剛玉片與第二剛玉片之間，待測樣品引出的銀絲穿過第二剛玉片，與四孔剛玉管引出的四根銀絲相互打結(jié)，之后調(diào)節(jié)可控長度螺絲的長度，使得可控長度螺絲把第一剛玉片和第二剛玉片和待測樣品壓在樣品臺上；實(shí)現(xiàn)針對某特定樣品在特定測試條件下的電學(xué)性質(zhì)表征。

本發(fā)明可在一定氣氛條件以及一定溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對多樣品的直流、交流電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行同步測試，而測試樣品或測試功能的切換僅需將對應(yīng)的四端子插頭、插座進(jìn)行插拔即可完成；本發(fā)明構(gòu)造簡單，成本較低，測試樣品和測試功能切換快捷方便，同一溫度、氣氛條件下即可同時(shí)完成多個(gè)樣品的多種電學(xué)性質(zhì)表征工作，極大縮短測試時(shí)間，提高測試效率，并且顯著改善測試數(shù)據(jù)的平行性。該裝置適用于表征半導(dǎo)體陶瓷樣品在不同溫度和確定氣氛條件下的交、直流電學(xué)性質(zhì)，在傳感、催化、儲能、燃料電池等相關(guān)領(lǐng)域的新材料電學(xué)性能評價(jià)方面表現(xiàn)出巨大的商業(yè)價(jià)值。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。