本發(fā)明屬于壓電半導(dǎo)體薄膜材料的極化技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種壓電半導(dǎo)體薄膜極化實驗裝置。

背景技術(shù)：

壓電半導(dǎo)體薄膜材料是近年來新興的一種重要的智能材料。壓電半導(dǎo)體同時具備壓電效應(yīng)和半導(dǎo)體特性之特點，具有高熱導(dǎo)率、高電子飽和、高漂移速度和大臨界擊穿電壓等優(yōu)點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導(dǎo)體微電子器件和電路的理想材料，而薄膜作為小尺度器件的基礎(chǔ)材料，在航空航天、軍事、衛(wèi)星通信、汽車等領(lǐng)域內(nèi)的微電子器件制造方面有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著壓電半導(dǎo)體薄膜應(yīng)用性擴大，對壓電半導(dǎo)體微電子器件的性能及功能要求越來越高，研制壓電常數(shù)更大，機械強度更高的新型復(fù)合壓電微電子器件成為當務(wù)之急。

壓電半導(dǎo)體薄膜材料在人工極化前晶粒有許多自發(fā)極化的電疇，有一定的極化方向，但在晶粒內(nèi)部無序雜亂的分布，極化相應(yīng)相互抵消，整體極化強度為零，對外不顯示壓電效應(yīng)。只有采用適當?shù)臉O化手段，對壓電半導(dǎo)體薄膜材料進行充分極化，使材料內(nèi)各向異性的多疇結(jié)構(gòu)隨強電場走向排列，極性一致，從而表現(xiàn)出宏觀的壓電性能。在極化處理時，將樣品加熱到一定溫度，有利于樣品在較低電壓下達到飽和極化強度從而降低在高壓下的安全隱患，而且極化真空環(huán)境可以降低周圍環(huán)境對極化工藝的影響并大大降低極化放電的程度。極化后具有剩余極化強度,成為各向異性體,具有壓電效應(yīng)。極化后的壓電半導(dǎo)體薄膜材料的壓電、介電、彈性性能與極化程度有關(guān)。要充分挖掘其壓電性能,必須采用最佳極化條件,即選定合適的極化電場、極化溫度和極化時間進行極化。

目前己有的極化裝置都是針對壓電陶瓷進行極化的，壓電陶瓷為介電材料，壓電半導(dǎo)體為具有壓電效應(yīng)的半導(dǎo)體材料，和壓電半導(dǎo)體薄膜材料有本質(zhì)區(qū)別。然而，目前并沒有一款針對壓電半導(dǎo)體薄膜材料的極化裝置，不能滿足壓電半導(dǎo)體薄膜生產(chǎn)需要和研究需要。而且，目前的裝置功能較單一，一般為裸露在空氣中極化，安全性差，沒有集成加熱系統(tǒng)，往往使用加熱爐作為配套裝置，難以適用于實驗室和企業(yè)研發(fā)中試等場所的要求。因此研制一種可實現(xiàn)變溫、可真空、安全、易于操作的壓電半導(dǎo)體薄膜極化實驗裝置勢在必行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明在于提供一種可實現(xiàn)變溫、安全、易于操作的真空環(huán)境下的壓電半導(dǎo)體薄膜極化實驗裝置；

本發(fā)明為達到上述目的所采取的技術(shù)方案是：一種壓電半導(dǎo)體薄膜極化實驗裝置，包括柜體，在柜體的頂部設(shè)有沿豎直方向設(shè)置的左導(dǎo)向柱和右導(dǎo)向柱，在左導(dǎo)向柱和右導(dǎo)向柱之間的柜體頂部固定有加熱板和第一電機，所述第一電機的轉(zhuǎn)軸豎直向上設(shè)置且設(shè)有外螺紋，在加熱板上放置有石英玻璃管，石英玻璃管與加熱板之間設(shè)有下密封圈；在石英玻璃管上方設(shè)有承載板，石英玻璃管與承載板之間設(shè)有上密封圈，所述第一電機的轉(zhuǎn)軸穿過承載板且與承載板螺紋連接，承載板的左右兩端分別與左導(dǎo)向柱和右導(dǎo)向柱滑動連接；在承載板的底部固定有極化夾具，所述極化夾具與石英玻璃管內(nèi)部位置相對應(yīng)，在極化夾具的底部固定有負極銅板，在負極銅板上固定有聚四氟乙烯薄膜，穿過承載板密封滑動連接有金屬導(dǎo)桿，在金屬導(dǎo)桿的頂部安裝有聚四氟乙烯螺母，正極高壓輸入電纜連接在聚四氟乙烯螺母內(nèi)部的金屬導(dǎo)桿上，在金屬導(dǎo)桿的底部固定有正極極化壓頭，正極極化壓頭位于聚四氟乙烯薄膜的正上方；在承載板上固定有第二電機，所述第二電機的轉(zhuǎn)軸豎直向上設(shè)置且設(shè)有外螺紋，在第二電機的轉(zhuǎn)軸上螺紋連接有橫板，橫板的一端與金屬導(dǎo)桿的頂部固定連接，橫板的另一端與游標卡尺結(jié)構(gòu)連接，在柜體內(nèi)固定有用于石英玻璃管抽真空的真空泵。

優(yōu)選的，在左導(dǎo)向柱和右導(dǎo)向柱頂端之間固定有配件室，在配件室內(nèi)設(shè)有高壓輸入端、接地端、高壓輸出端、第一電機開關(guān)、第二電機開關(guān)、第一電機正反轉(zhuǎn)控制開關(guān)、第二電機正反轉(zhuǎn)控制開關(guān)，在柜體內(nèi)固定有高壓電源、用于控制加熱板的加熱控制器；所述高壓輸入端與正極極化壓頭電性連接，高壓輸出端與負極銅板電性連接，在配件室內(nèi)高壓輸出端與大地端電性連接。

優(yōu)選的，所述游標卡尺結(jié)構(gòu)包括豎直設(shè)置的主尺和滑動副尺，所述橫板的另一端與滑動副尺固定連接。

優(yōu)選的，所述第二電動機為步進電機，所述游標卡尺結(jié)構(gòu)為數(shù)顯式游標卡尺，所述游標卡尺結(jié)構(gòu)將滑動副尺的位移信號傳輸給第二電動機的控制器而對第二電動機形成閉環(huán)控制。

優(yōu)選的，所述正極極化壓頭的底部為波浪形或柵格形。

本發(fā)明所具有的有益效果為：

1、本發(fā)明可實現(xiàn)壓電半導(dǎo)體薄膜的極化，通過施加高壓可使壓電半導(dǎo)體薄膜材料內(nèi)部電疇一致性偏轉(zhuǎn)，達到飽和極化。

2、本發(fā)明中針對壓電半導(dǎo)體材料性質(zhì)設(shè)計了極化夾具，設(shè)置了負極銅板、聚四氟乙烯薄膜及極化壓頭下部真空空間的夾心結(jié)構(gòu)，可對壓電半導(dǎo)體薄膜實施有效的極化工藝。在極化處理時，將壓電半導(dǎo)體薄膜樣品加熱到一定溫度，有利于樣品在較低電壓下達到飽和極化強度從而降低在高壓下的安全隱患，而且極化真空環(huán)境可以降低周圍環(huán)境對極化工藝的影響并大大降低極化放電的程度。極化后具有剩余極化強度,成為各向異性體,具有壓電效應(yīng)。

3、可以實現(xiàn)對不同壓電半導(dǎo)體薄膜的材料、尺寸、電場的樣品一次裝夾，同步極化，確保具有較好的極化一致性。

4、設(shè)計極化真空環(huán)境，任意調(diào)整極化真空度，有利于極化工藝的調(diào)整和優(yōu)化，并可以大大降低周圍環(huán)境變化對極化工藝的影響，并大大降低極化放電的程度，提高極化工藝的一致性。

5、設(shè)置了加熱控制裝置，將樣品加熱到一定溫度，有利于樣品在較低電壓下達到飽和極化強度從而降低在高壓下的安全隱患，使用熱電偶溫度計采集密封腔的溫度，采用加熱控制器即溫控儀實現(xiàn)300℃以內(nèi)的溫度測量和控制，并有保持恒溫的功能，顯示溫度。

6、本發(fā)明設(shè)計了極化夾具提升和游標卡尺數(shù)顯聯(lián)動裝置，可以精準控制極化夾具與壓電半導(dǎo)體薄膜之間的極化距離，使得極化工藝參數(shù)更加精確和一致。

7、本發(fā)明設(shè)計了金屬導(dǎo)桿連接聚四氟乙烯螺母，極化中可根據(jù)極化樣品的尺寸、型號要求更換極化壓頭，可實現(xiàn)國標規(guī)定的系列尺寸試件極化以及非標試件的極化。

8、本發(fā)明設(shè)計了第一電機和第二電機，分別帶動整體承載板及極化夾具升降，實現(xiàn)了極化高度參數(shù)的精確控制，由于極化溫度較高，電機帶動將極化夾具升出極化室后，取出壓電半導(dǎo)體薄膜，降低了操作者安全隱患。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步描述。

如圖1所示，本發(fā)明包括柜體20，在柜體20的頂部設(shè)有沿豎直方向設(shè)置的左導(dǎo)向柱27和右導(dǎo)向柱13，在左導(dǎo)向柱27和右導(dǎo)向柱13之間的柜體20頂部固定有加熱板18和第一電機14，加熱板18的安裝有多種方式，如圖1所示可以為安裝在凹槽內(nèi)，凹槽焊接在柜體20頂部內(nèi)，所述第一電機14的轉(zhuǎn)軸11豎直向上設(shè)置且設(shè)有外螺紋，在加熱板18上放置有石英玻璃管23，石英玻璃管23與加熱板18之間設(shè)有下密封圈21；在石英玻璃管23上方設(shè)有承載板12，石英玻璃管23與承載板12之間設(shè)有上密封圈26，所述第一電機14的轉(zhuǎn)軸11穿過承載板12且與承載板12螺紋連接，承載板12的左右兩端分別與左導(dǎo)向柱27和右導(dǎo)向柱13滑動連接，在承載板12的底部固定有極化夾具29，所述極化夾具29與石英玻璃管23內(nèi)部位置相對應(yīng)，在極化夾具29的底部固定有負極銅板22，在負極銅板22上固定有聚四氟乙烯薄膜24，穿過承載板12密封滑動連接有金屬導(dǎo)桿25，在金屬導(dǎo)桿25的頂部安裝有聚四氟乙烯螺母，正極高壓輸入電纜連接在聚四氟乙烯螺母內(nèi)部的金屬導(dǎo)桿25上，在金屬導(dǎo)桿25的底部固定有正極極化壓頭17，正極極化壓頭17位于聚四氟乙烯薄膜24的正上方；在承載板12的上方固定有第二電機28，所述第二電機28的轉(zhuǎn)軸5豎直向上設(shè)置且設(shè)有外螺紋，在第二電機28的轉(zhuǎn)軸5上螺紋連接有橫板4，橫板4的一端與緣導(dǎo)桿25的頂部固定連接，橫板4的另一端與游標卡尺結(jié)構(gòu)連接，在柜體20內(nèi)固定有用于石英玻璃管23抽真空的真空泵15。

在左導(dǎo)向柱27和右導(dǎo)向柱13頂端之間固定有配件室，在配件室內(nèi)設(shè)有高壓輸入端3、接地端2、高壓輸出端1、第一電機開關(guān)6、第二電機開關(guān)30、第一電機正反轉(zhuǎn)控制開關(guān)7、第二電機正反轉(zhuǎn)控制開關(guān)8，在柜體20內(nèi)固定有高壓電源19、用于控制加熱板18的加熱控制器16；所述高壓輸入端3與正極極化壓頭電性連接，在配件室內(nèi)高壓輸出端1與大地端電性連接，高壓輸出端1與負極銅板22電性連接。

在極化的時，為了精確控制正極極化壓頭17與放置在聚四氟乙烯薄膜24上的壓電半導(dǎo)體薄膜的距離，所述游標卡尺結(jié)構(gòu)包括豎直設(shè)置的主尺9和滑動副尺10，所述橫板4的另一端與滑動副尺10固定連接，從而通過滑動副尺10在主尺9上移動的位移控制正極極化壓頭17與壓電半導(dǎo)體薄膜的距離。

進一步為了實現(xiàn)半自動話，所述第二電動機28為步進電機，所述游標卡尺結(jié)構(gòu)為數(shù)顯式游標卡尺，所述游標卡尺結(jié)構(gòu)將滑動副尺10的位移信號傳輸給第二電動機28的控制器而對第二電動機28形成閉環(huán)控制。

為了產(chǎn)生均勻的極化電場，所述正極極化壓頭17的底部為柵格形。

本發(fā)明在使用時，首先旋轉(zhuǎn)第一電機正反轉(zhuǎn)控制開關(guān)7，讓承載板12上升同時帶動極化夾具29離開石英玻璃管23，然后旋轉(zhuǎn)第二電機正反轉(zhuǎn)控制開關(guān)8，讓金屬導(dǎo)桿25上升同時帶動正極極化壓頭17離開極化夾具29，將壓電半導(dǎo)體薄膜放置在聚四氟乙烯薄膜24上；旋轉(zhuǎn)第一電機正反轉(zhuǎn)控制開關(guān)7讓承載板12壓緊在石英玻璃管23頂部，打開加熱控制器16，加熱板18開始對石英玻璃管23內(nèi)部加熱，啟動真空泵15將石英玻璃管23抽真空；旋轉(zhuǎn)第二電機正反轉(zhuǎn)控制開關(guān)8根據(jù)極化要求調(diào)整正極極化壓頭17與放置在聚四氟乙烯薄膜24上的壓電半導(dǎo)體薄膜的距離，最后接通高壓電源19進行極化，極化結(jié)束后，反向步驟取出壓電半導(dǎo)體薄膜即可。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等詞語來限定零部件的話，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉：“第一”、“第二”的使用僅僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，如沒有另外聲明，上述詞語并沒有特殊的含義。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換，但這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。