基于掃描探針顯微鏡的材料耐高電壓實驗及檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種材料耐高電壓實驗及檢測裝置。
【背景技術】
[0002]在材料科學探索中，對納米電介質材料從宏觀向下深入至介觀(nm尺度的原子構成的結構單元)、微觀(原子級)層次的深入研宄，使得電介質理論得到長足發展，進入低維系統，可以有效描述奇異理化特性和尺度效應等納米科學中的特殊現象，以建立各個層次(微觀、介觀和宏觀)間的相互關聯的理論體系為目的，其核心在于研宄介于宏觀和微觀之間的介觀領域的電介質材料行為特性，該層面尚未被深入系統研宄過。
[0003]目前對納米電介質材料的分析手段中，如介電譜、刺激電流、光譜分析、動態力學分析儀等，分析結果主要體現的是被測樣品的平均性能，缺少空間分辨率；具有空間分辨率的顯微手段，如電子顯微鏡，X射線散射等，僅能表征復合材料的微觀界面形貌，無法直觀反映微觀界面作用對宏觀介電性能的影響，缺少對測試樣品進一步處理并原位表征變化的手段。而SPM因為具有一個可以功能化的微探針，使得其在區分材料不同微區性能上具有難以替代的作用。
[0004]介電強度實驗是研宄納米電介質材料的一種常用方式，一般的介電強度實驗裝置如圖1所示，用以檢測材料的介電強度特性。一般的介電強度實驗裝置僅僅起到介電強度測試的作用，不能分析材料在加電壓過程中引起的變化。一般的介電強度實驗裝置，作用面積大，不能原位檢測。
【發明內容】
[0005]本發明是為了解決現有的介電強度實驗裝置在檢測材料介電強度時，不能原位的連續檢測材料變化的問題，從而提供一種基于掃描探針顯微鏡的材料耐高電壓實驗及檢測
目.ο
[0006]基于掃描探針顯微鏡的材料耐高電壓實驗及檢測裝置，它包括保護電阻2、高壓電源3和繼電器；所述保護電阻2的一端與繼電器開關的動觸點連接；所述繼電器開關的靜觸點接入高壓電源3 ；
[0007]其特征是:它還包括掃描探針顯微鏡、計時器和電流表12 ;
[0008]掃描探針顯微鏡包括導電懸臂5、探針6、壓電陶瓷掃描器9、激光器7和探測器8;壓電陶瓷掃描器9接入電源；
[0009]保護電阻2的另一端與導電懸臂5的一端連接；導電懸臂5懸掛在壓電陶瓷掃描器9的上方，且與水平方向的夾角為銳角；探針6固定在導電懸臂5的另一端；
[0010]壓電陶瓷掃描器9的上端放置有樣品4，探針6位于樣品4的上方，且與樣品4的上表面接觸；
[0011]激光器7發射的激光入射至探針6背面，所述激光經探針6反射至探測器8 ;
[0012]計時器和電流表12均串聯在保護電阻2和高壓電源3之間。
[0013]它還包括計算機10和顯示器11 ;所述計算機10的顯示信號輸出端與顯示器11的顯示信號輸入端連接；所述探測器8的電信號輸出端與計算機10的探測器信號輸入端連接；計算機10的反饋控制信號輸出端與壓電陶瓷掃描器9的控制信號輸入端連接。
[0014]掃描探針顯微鏡為多模式電場力顯微鏡、開爾文力顯微鏡、壓電力顯微鏡、掃描電容顯微鏡或磁場力顯微鏡。
[0015]本發明能夠耐壓過程中暫停耐壓，原位檢測材料的各種變化，之后繼續耐壓作用，耐壓擊穿材料后，亦可檢測材料的變化情況。解決了現有的介電強度實驗裝置在檢測材料介電強度時不能原位的連續檢測的問題。
【附圖說明】
[0016]圖1是【背景技術】中所述的一般的介電強度實驗裝置的結構示意圖；
[0017]圖2是本發明的結構示意圖；
【具體實施方式】
[0018]【具體實施方式】一、結合圖2說明本【具體實施方式】，基于掃描探針顯微鏡的材料耐高電壓實驗及檢測裝置，它包括保護電阻2、高壓電源3和繼電器；所述保護電阻2的一端與繼電器開關的動觸點連接；所述繼電器開關的靜觸點接入高壓電源3 ;
[0019]其特征是:它還包括掃描探針顯微鏡、計時器和電流表12 ;
[0020]掃描探針顯微鏡包括導電懸臂5、探針6、壓電陶瓷掃描器9、激光器7和探測器8 ;壓電陶瓷掃描器9接入電源；
[0021]保護電阻2的另一端與導電懸臂5的一端連接；導電懸臂5懸掛在壓電陶瓷掃描器9的上方，且與水平方向的夾角為銳角；探針6固定在導電懸臂5的另一端；
[0022]壓電陶瓷掃描器9的上端放置有樣品4，探針6位于樣品4的上方，且與樣品4的上表面接觸；
[0023]激光器7發射的激光入射至探針6背面，所述激光經探針6反射至探測器8 ;
[0024]計時器和電流表12均串聯在保護電阻2和高壓電源3之間。
[0025]【具體實施方式】二、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的基于掃描探針顯微鏡的材料耐高電壓實驗及檢測裝置的區別在于，它還包括計算機10和顯示器11 ;所述計算機10的顯示信號輸出端與顯示器11的顯示信號輸入端連接；所述探測器8的電信號輸出端與計算機10的探測器信號輸入端連接；計算機10的反饋控制信號輸出端與壓電陶瓷掃描器9的控制信號輸入端連接。
[0026]【具體實施方式】三、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的基于掃描探針顯微鏡的材料耐高電壓實驗及檢測裝置的區別在于，掃描探針顯微鏡為多模式電場力顯微鏡、開爾文力顯微鏡、壓電力顯微鏡、掃描電容顯微鏡或磁場力顯微鏡。
[0027]本發明依托掃描探針顯微鏡(Scanning Probe Microscope，SPM)，構建介電強度測試、耐高電場裝置，利用SPM微小導電探針(曲率半徑數十nm)，以及水平方向的微距離控制系統(水平方向精度可在幾個nm)搭納米電介質介電強度測試、材料耐電壓系統。探針與樣品相互接觸、工作點在樣品上的水平位置，主要采用SPM自身的控制系統進行控制。利用SPM微小導電探針(曲率半徑數十nm)作為上電極，搭建微電極電介質材料耐電壓系統。擊穿、及擊穿前的材料微區域變化。
[0028]優點:該系統針電極曲率半徑小，電壓作用面積小，原位檢測多種性能的變化(多模式電場力顯微鏡(Electric Force Microscope, EFM)、開爾文力顯微鏡(KelvinForce Microscopy，KFM)、壓電力顯微鏡(Piezoelectric Force Microscopy, PFM)、掃描電容顯微鏡(Scanning Capacitance Microscopy, SCM)、磁場力顯微鏡(MagneticForceMicroscopy, MFM)，適合研宄納米電介質，外接保護電路(電阻、繼電器、計時器)，能夠耐壓過程中暫停耐壓，原位檢測材料的各種變化，之后繼續耐壓作用，耐壓擊穿材料后，亦可檢測材料的變化情況。
【主權項】
1.基于掃描探針顯微鏡的材料耐高電壓實驗及檢測裝置，它包括保護電阻(2)、高壓電源(3)和繼電器；所述保護電阻(2)的一端與繼電器開關的動觸點連接；所述繼電器開關的靜觸點接入高壓電源⑶； 其特征是:它還包括掃描探針顯微鏡、計時器和電流表(12); 掃描探針顯微鏡包括導電懸臂(5)、探針(6)、壓電陶瓷掃描器(9)、激光器(7)和探測器⑶；壓電陶瓷掃描器(9)接入電源； 保護電阻(2)的另一端與導電懸臂(5)的一端連接；導電懸臂(5)懸掛在壓電陶瓷掃描器(9)的上方，且與水平方向的夾角為銳角；探針(6)固定在導電懸臂(5)的另一端； 壓電陶瓷掃描器(9)的上端放置有樣品(4)，探針(6)位于樣品(4)的上方，且與樣品(4)的上表面接觸； 激光器(7)發射的激光入射至探針(6)背面，所述激光經探針(6)反射至探測器(8); 計時器和電流表(12)均串聯在保護電阻(2)和高壓電源(3)之間。
2.根據權利要求1所述的基于掃描探針顯微鏡的材料耐高電壓實驗及檢測裝置，其特征在于它還包括計算機(10)和顯示器(11);所述計算機(10)的顯示信號輸出端與顯示器(11)的顯示信號輸入端連接；所述探測器⑶的電信號輸出端與計算機(10)的探測器信號輸入端連接；計算機(10)的反饋控制信號輸出端與壓電陶瓷掃描器(9)的控制信號輸入端連接。
3.根據權利要求1所述的基于掃描探針顯微鏡的材料耐高電壓實驗及檢測裝置，其特征在于掃描探針顯微鏡為多模式電場力顯微鏡、開爾文力顯微鏡、壓電力顯微鏡、掃描電容顯微鏡或磁場力顯微鏡。
【專利摘要】基于掃描探針顯微鏡的材料耐高電壓實驗及檢測裝置，涉及一種材料耐高電壓實驗及檢測裝置。它是為了解決現有的介電強度實驗裝置在檢測材料介電強度時不能原位的連續檢測材料變化的問題。它的保護電阻的另一端與導電懸臂的一端連接；導電懸臂懸掛在壓電陶瓷掃描器的上方，且與水平方向的夾角為銳角；掃描探針顯微鏡的探針固定在導電懸臂的另一端；壓電陶瓷掃描器的上端放置有樣品，掃描探針顯微鏡的探針位于樣品的上方，且與樣品的上表面接觸；激光器發射的激光入射至掃描探針顯微鏡的探針背面，激光經掃描探針顯微鏡的探針反射至探測器；計時器和電流表均串聯在保護電阻和高壓電源之間。本實用新型適用于材料耐高電壓實驗及檢測。
【IPC分類】G01R31-12
【公開號】CN204515074
【申請號】CN201520207503
【發明人】孫志, 付琳清, 劉叢吉, 韓柏
【申請人】哈爾濱理工大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月8日