Пристрій для вимірів електрофізичних параметрів напівпровідникового матеріалу

Реферат: Пристрій для вимірювання електрофізичних параметрів напівпровідникового матеріалу, що містить вимірювальні зонди, вимірювальну головку, важіль, пружину, механізми підйому і опускання зондів, переміщення вимірюваного зразка, переміщення вимірювальної головки щодо зразка, блоків управління і вимірювання, причому зонди жорстко кріпляться на вимірювальної головці, виконаній у вигляді плоскої металевої пластини, яка встановлена на трьох опорах з конічними підставами у трьох центруючих отворах, причому дві опори закріплені на вимірювальній головці з боку зондів, а відповідні їм центруючі отвори розташовані на важелі, одна опора закріплена на важелі, а відповідний їй центруючий отвір розташований на вимірювальній головці, один кінець пружини упирається в важіль, а другий у вимірювальну головку уздовж середньої лінії трикутника, утвореного вершинами трьох опор. UA 100080 U про видачу патенту: UA 100080 U UA 100080 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі техніки автоматичних вимірювань електрофізичних параметрів напівпровідникових матеріалів у злитках, а точніше до пристроїв, застосовуваним для вимірювання питомої електропровідності та коефіцієнта термо-ЕРС в напівпровідниках. Конструкції, що розробляються для вимірювання електропровідності зондовим методом, повинні забезпечувати сталість розташування зондів відносно один одного, стабільність притиску зондів до зразка, низький перехідний опір контактів, хороший тепловий контакт між зондами і напівпровідниковим зразком. Відомий пристрій для вимірювання питомої електропровідності двозондовим методом [А.С. Охотин та ін. "Методи вимірювання характеристик термоелектричного матеріалу та перетворювачів". Вид-во "Наука", 1974. с. 54]. Пристрій містить два струмових зонди і два вимірювальних потенціальних зонди. Струмові зонди підключені до торців досліджуваного зразка. Потенціальні зонди закріплені в ебонітових втулках і разом зі втулкою підводяться до середини зразка. Кожен зонд окремо притискається до зразка невеликою спіральною пружиною, що знаходиться всередині втулки. Втулки з зондами можна витягати з установки для вимірювання відстані між вістрями зондів з необхідною точністю оптичним компаратором. До недоліку цього пристрою можна віднести складність конструкції, похибки точного визначення відстані між зондами через можливі люфти рухомих елементів, поганий тепловий контакт зонд / зразок через окисні плівки. Відомий контактний пристрій [Авторське свідоцтво СРСР № 1192172, Н05K 1/18, 15.11.85 г.], що містить зонди, кожен з яких виконаний з набору пружних провідників, де для підвищення надійності контактування проводиться самозачищення контрольованої металевої поверхні гострими гранями деформуючих зондів. Недолік пристрою - труднощі контролю відстані між зондами через їх деформації, непостійність притискного зусилля. Відомий пристрій [Патент Російської Федерації на корисну модель "Пристрій для вимірювання розподілу питомого опору в напівпровідникових матеріалах" № 145584, G01R 31/26, 18.04.2014 г.] Для вимірювання розподілу питомого опору в напівпровідникових матеріалах, що містить вимірювальний зонд, механізм підйому зонда і пристрій для переміщення вимірюваного зразка щодо вимірювального зонда, де вимірювальний зонд виконаний у вигляді пластини, кінцева частина якої має конфігурацію леза ножа з кутом при вершині α, пластина встановлена по відношенню до напівпровідникового матеріалу під кутом β, а пристрій для переміщення вимірюваного зразка щодо вимірювального зонда виконано так, що забезпечує його безперервний рух. Недоліком цього пристрою є складність електромеханічного приводу зонда, строга взаємна орієнтація поверхні зразка і зонда, що може позначитися на надійності контактування та відтворюваності результатів вимірювань. Найбільш близькою до запропонованої корисної моделі є вибрана прототипом установка для вимірювання електропровідності зондовим методом [А.С. Охотин та ін. "Методи вимірювання характеристик термоелектричного матеріалу та перетворювачів". Вид-во "Наука", 1974. с. 55], яка містить вимірювальні зонди, вимірювальну головку, важіль, пружину, механізми підйому і опускання зондів, переміщення вимірюваного зразка, переміщення вимірювальної головки щодо зразка, блоків управління і вимірювання. На важелі розміщена вимірювальна головка з зондами, які мають можливість рухатись відносно один одного за рахунок пружної деформації. Постійне зусилля притиснення зондів до зразка забезпечує пружина, один кінець якої прикріплений до важеля, а інший до основі. Зразок кріпиться на основі так, що лінія, що проходить через робочі вершини зондів, повинна бути строго паралельна дотичній площині до поверхні досліджуваного зразка. Недоліки такої установки полягають у наступному: - для забезпечення постійного зусилля притиснення зондів до поверхні зразка, який забезпечується довжиною розтягнутої пружини, один кінець якої прикріплений до важеля, а другий до основи, необхідно строго витримувати відстань поверхні зразка над рівнем основи; - досліджувана поверхня зразка повинна бути спланована до площини, яка потім повинна бути паралельна лінії, що проходить через робочі вершини зондів. В іншому випадку, один з зондів може не контактувати з досліджуваним зразком або контактувати з іншим зусиллям; - відсутній механізм надійного видалення окисних плівок в місці контактування, що призводить до збільшення похибки електричних та теплових вимірювань. В основу корисної моделі поставлено задачу - спрощення конструкції контактного пристрою з усуненням недоліків, що перешкоджають досягнення високої точності і відтворюваності результатів вимірювання електрофізичних параметрів зразків напівпровідникового матеріалу в автоматичному режимі. 1 UA 100080 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для вимірювання електрофізичних параметрів напівпровідникового матеріалу, містить вимірювальні зонди, вимірювальну головку, важіль, пружину, механізми підйому і опускання зондів, переміщення вимірюваного зразка, переміщення вимірювальної головки щодо зразка, блоків управління і вимірювання, який відрізняється тим, що зонди жорстко кріпляться на вимірювальній головці, виконаної у вигляді плоскої металевої пластини, яка встановлена на трьох опорах з конічними підставами у трьох центруючих отворах, причому дві опори закріплені на вимірювальній головці з боку зондів, а відповідні їм центруючі отвори розташовані на важелі, одна опора закріплена на важелі, а відповідний їй центруючий отвір розташований на вимірювальній головці, один кінець пружини упирається у важіль, а другий - у вимірювальну головку уздовж середньої лінії трикутника, утвореного вершинами трьох опор. Зонди можуть бути конічної або клиноподібної форми, один з них може бути з підігрівом для вимірювання термо-ЕРС. У запропонованому пристрої за рахунок жорсткого кріплення зондів на вимірювальній головці, забезпечується сталість відстані між зондами, а за рахунок руху зондів по поверхні зразка здійснюється самозачищення контактуючих поверхонь, руйнування окисних плівок, що сприяє зменшенню перехідного опору, підвищенню надійності теплового і електричного контакту. Крім того, зусилля притиску зондів до зразка завжди постійне незалежно від просторової точності встановлення зразка в пристрої і не вимагає його спеціальної підготовки перед вимірами. На фіг. 1 представлено пристрій в положенні зондів до моменту торкання з зразком матеріалу. На фіг. 2 представлено пристрій в положенні зондів в момент вимірювання. На фіг. 3 представлено пристрій в положенні зондів при адаптації до просторового положення зразка. Пристрій для вимірювання електрофізичних параметрів напівпровідникового матеріалу містить два вимірювальних зонди 1 (див. фіг. 1, фіг. 2), які жорстко кріпляться через діелектричні прокладки на вимірювальній головці 2, виконаної у вигляді плоскої металевої пластини. Головка, на трьох опорах 3 з конічними підставами, встановлена в трьох центруючих отворах 4, утворюючи трикутник. Дві опори 3 укріплені на головці з боку зондів, а два відповідних центруючих отвори 4 розташовані на важелі 5; одна опора розташована на важелі 5, а відповідний центруючий отвір 4 розташований на вимірювальній головці. Вимірювальна головка, через шток 6 з напівсферичної головкою і контактною пластиною, пружиною 7 притискається і фіксується на важелі. Важіль обертається навколо осі 8 за допомогою тяги 9, що приводиться в рух електроприводом 10 механізму підйому і опускання зондів по осі Z. Датчик 11 верхнього положення вимірювальної головки розташований на важелі, датчик 12 нижнього положення розташований на рухомій основі 13 (фіг. 3), яка переміщує зонди за допомогою електроприводу 14 уздовж осі X вимірюваного зразка 15. Уздовж осі У зразок переміщує (обертає) електропривід 16. Електроприводи і датчики положення підключені до блока управління 17, а зонди підключені до блока вимірювання 18. Пристрій для вимірювання електрофізичних параметрів напівпровідникового матеріалу функціонує наступним чином. У початковому положенні (див. фіг. 1) зонди 1 не мають контакту із зразком 15, вимірювальна головка 2 жорстко стоїть на трьох опорах 3, які своїми конічними підставами знаходяться в зачепленні зі своїми центруючими отворами 4. По команді від блока управління 17, електропривід 10, за допомогою тяги 9, починає повертати важіль 5 навколо осі 8. Зонди опускаються і починають контактувати із зразком 15, але обертання важеля продовжується до тих пір, поки шток 6 своєю контактною пластиною не почне взаємодіяти з датчиком положення 11, який відключить електропривід 10 (див. фіг. 2). При цьому зонди перемістяться по поверхні зразка на величину Б, опори, розташовані на вимірювальній головці, виходять із зачеплення зі своїми центруючими отворами на важелі і тепер головка спирається на нові три точки: два зонди і опору, розташовану на важелі. На фіг. 3 видно, що вимірювальна головка із зондами сама адаптується до просторового положення поверхні зразка, що дає можливість не готувати поверхню перед вимірами, працювати з викривленими зразками. Величина ходу Б визначається величиною ходу штока 6, а зусилля притиску регулюється і визначається тільки величиною стиснення пружини 7 і не залежить від взаємного розташування зондів і зразка. Запропоноване технічне рішення сприяє підвищенню точності і відтворюваності результатів вимірювань в автоматичному режимі і вирішує поставлені вище завдання, а саме: - за рахунок руху зондів по поверхні зразка здійснюється самозачищення контактуючих поверхонь, руйнування окисних плівок, що сприяє зменшенню перехідного опору, підвищенню надійності теплового і електричного контакту; 2 UA 100080 U 5 - за рахунок жорсткого кріплення зондів на вимірювальній головці, відстань між зондами завжди строго постійна; - зусилля притиску зондів до зразка завжди постійне незалежно від просторової точності встановлення зразка в пристрої і не вимагає його спеціальної підготовки перед вимірами; - поставлені завдання досягаються простим конструктивним рішенням вимірювальної головки. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 1. Пристрій для вимірювання електрофізичних параметрів напівпровідникового матеріалу, що містить вимірювальні зонди, вимірювальну головку, важіль, пружину, механізми підйому і опускання зондів, переміщення вимірюваного зразка, переміщення вимірювальної головки щодо зразка, блоків управління і вимірювання, який відрізняється тим, що зонди жорстко кріпляться на вимірювальної головці, виконаній у вигляді плоскої металевої пластини, яка встановлена на трьох опорах з конічними підставами у трьох центруючих отворах, причому дві опори закріплені на вимірювальній головці з боку зондів, а відповідні їм центруючі отвори розташовані на важелі, одна опора закріплена на важелі, а відповідний їй центруючий отвір розташований на вимірювальній головці, один кінець пружини упирається в важіль, а другий у вимірювальну головку уздовж середньої лінії трикутника, утвореного вершинами трьох опор. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що один зонд виконаний з підігрівом. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що зонди виконані конічної або клиноподібної форми. 3 UA 100080 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4