基于電容充放電原理的半絕緣半導體電阻率測繪儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半絕緣半導體材料電學參數測試研究領域，特別涉及一種基于電容充放電原理的半絕緣半導體電阻率測繪儀。
【背景技術】
[0002]半絕緣半導體是繼第一代半導體材料Si后發展起來的第二代半導體材料GaAs、InP和第三代半導體材料，如SiC、GaN,具有寬帶隙、高臨界擊穿電場、高熱導率、高載流子飽和濃度、抗輻射能力強、介電常數小等特點，適合于制備高溫、高頻、大功率的電子器件及性能優異的微波、光電器件，具有廣泛的應用前景。
[0003]對于任何半導體物質的研究，電阻率都是一個非常重要的依據，是研發、生產過程中必須測量的重要的基本電學參數。整塊(錠)或整片半導體晶體材料的電阻率分布情況可完整真實地反映材料的質量。
[0004]現行常用的半導體材料測試方法主要有霍爾法和范德堡法，這兩種方法均需要對樣品切割得到特定形狀的樣片，并需制備歐姆接觸，測量周期長。對于GaAs這些半導體物質利用霍爾法測試其電阻率雖然不便，但仍是可行的，因為在這些物質上制作歐姆接觸不存在問題。然而對于SiC這類第三代半導體材料來講，半導體電阻率均大于105Ω._，常見雜質在SiC中的擴散系數極低，在合金化的過程中幾乎不可能像S1、GaAs等半導體那樣靠合金中的摻雜劑摻入來提高界面的摻雜濃度，這就給歐姆接觸的形成帶來了很大的困難，使得利用霍爾法測試SiC單晶電阻率變得十分困難。此外，目前常用的電阻率測試方法，如直流四探針法和渦流法更無法對SiC、GaN進行有效的測量。
[0005]因此，需要提供一種非接觸的、價格較便宜的半絕緣半導體電阻率測繪儀。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于電容充放電原理的半絕緣半導體電阻率測繪儀，該測繪儀可實現半絕緣半導體材料的電阻率分布式測量，直觀且準確地反映材料的整體性能。
[0007]本實用新型的目的通過以下的技術方案實現:基于電容充放電原理的半絕緣半導體電阻率測繪儀，包括:三軸運動平臺、樣品臺、檢測探頭、數據采集卡、控制裝置、氮氣供應系統、脈沖電壓發生電路，樣品放置在樣品臺上，所述樣品臺為金屬平臺，所述三軸運動平臺用于控制檢測探頭定位到樣品上每個需要測試的點位置的上方，所述脈沖電壓發生電路向樣品臺施加低壓脈沖信號，所述檢測探頭包括采樣電極、采樣電路、氮氣輸送通道，所述采樣電極一端為探測面，設置在樣品的正上方，另一端通過屏蔽電纜與采樣電路相連，采樣電路通過數據采集卡與控制裝置相連；在測試時，氮氣供應系統輸送氮氣到氮氣輸送通道，氮氣從氮氣輸送通道的氮氣噴射孔噴出，使采樣電極與樣品之間充滿氮氣以形成保護層；所述控制裝置用于根據采樣電極采集的每個測量點的電荷變化的弛豫時間計算出樣品電阻率。本實用新型中，當樣品臺被施加低壓脈沖信號后，相當于不斷地對樣品臺、樣品及采樣電極進行充放電，樣品臺、樣品、采樣電極三者在電路上等效為兩個電容與一個電阻的串并聯電路，通過采樣電極對樣品上每個需要測試的點進行測量，再結合三軸運動平臺的掃描，可以得到整個樣品上電阻率的分布。
[0008]優選的，所述檢測探頭還包括一金屬套環外殼，其中心開有一用于放置采樣電極的通孔，采樣電極和金屬套環外殼之間使用一絕緣管隔開，所述金屬套環外殼的底部平面與采樣電極的探測面處于同一平面；所述氮氣輸送通道設置在所述通孔的一側，氮氣輸送通道一端通過氮氣供應接口與氮氣供應系統連接，另一端通過氮氣噴射孔將氮氣噴射到采樣電極與樣品之間。
[0009]更進一步的，所述采樣電極采用直徑1?2mm、長20?30mm的紫銅棒，采樣電極一端為探測面，具有相對樣品臺表面小于1 μπι的平面度，另一端通過屏蔽電纜連接到采樣電路的輸入接口，采樣電極與屏蔽電纜通過焊接固定；所述樣品上表面和采樣電極探測面之間距離在0.05?0.2mm。
[0010]更進一步的，所述絕緣薄管為聚四氟乙烯塑料管。
[0011 ] 更進一步的，所述檢測探頭還包括采樣電路供電接口、采樣電路信號輸出接口、氮氣供應接口，所述采樣電路供電接口、采樣電路信號輸出接口、氮氣供應接口分別與電源系統、數據采集卡、氮氣供應系統連接；所述檢測探頭采用T形結構，上部用于放置采樣電路、采樣電路供電接口、采樣電路信號輸出接口、氮氣供應接口，下部用作金屬套環外殼。這樣可以盡量縮短采樣電極與采樣電路的距離，減少檢測信號的損耗。
[0012]優選的，所述樣品臺與脈沖電壓發生電路之間、采樣電路與數據采集卡之間、數據采集卡與控制裝置之間均通過屏蔽電纜連接，屏蔽電纜的屏蔽層接地。
[0013]優選的，所述三軸運動平臺包括運動控制系統、掃描運動系統，所述運動控制系統分別與控制裝置、掃描運動系統連接；所述掃描運動系統包括X軸運動機構、Y軸運動機構、Z軸運動機構、導軌安裝支架、探頭支架，其中X軸運動機構包括X軸驅動電機和X軸直線導軌，Z軸運動機構包括Z軸驅動電機和Z軸導軌，所述導軌安裝支架固定在操作平臺上，X軸直線導軌兩端分別固定在導軌安裝支架上，所述Z軸運動機構設置在X軸直線導軌上的滑塊上，所述探頭支架設置在Z軸導軌上，所述檢測探頭固定在探頭支架上，檢測探頭的中軸線始終垂直于樣品臺；所述Y軸運動機構設置在操作平臺上，包括Y軸驅動電機、Y軸直線導軌和Y軸直線光桿滑軌，Y軸直線導軌和Y軸直線光桿滑軌保持平行，樣品臺安裝在Y軸直線導軌的滑塊上。
[0014]更進一步的，所述X軸驅動電機、Y軸驅動電機、Z軸驅動電機均采用直流無刷伺服電機，X軸直線導軌、Y軸直線導軌均采用同步帶直線導軌，Z軸導軌采用滾珠絲杠導軌。直流無刷伺服電機本身能產生脈沖，采用這類電機，運動控制系統通過比較發送出去的脈沖數與接收到的電機產生的脈沖數，可以進行運動補償，從而實現精確定位。
[0015]優選的，在所述樣品臺下方還設有一用于在測試時固定待測樣品的樣品吸附系統，包括真空負壓栗、吸盤、排氣電磁閥、氣管、三通連接頭，所述樣品臺上設有吸附孔，吸盤設在該吸附孔的下方，吸盤與樣品臺之間設有密封圈，吸盤、真空負壓栗進氣口、排氣電磁閥三者分別通過氣管與三通連接頭連接。測試開始前樣品處于被吸附狀態，測試完成后樣品被釋放。
[0016]優選的，所述測繪儀還包括一繼電器開關系統，所述氮氣供應系統、樣品吸附系統均通過該繼電器開關系統與控制裝置相連。這樣可以由控制裝置統一對氮氣供應系統、樣品吸附系統進行控制，確保在每次測量開始前氮氣充滿測量區域，樣品被牢牢固定在樣品臺上，測量完成后停止供應氮氣，同時樣品被釋放。
[0017]更進一步的，所述氮氣供應系統包括氮氣瓶、壓力表、供氣電磁閥、接頭，所述接頭通過管路與檢測探頭中的氮氣供應接口相連，供氣電磁閥與繼電器開關系統相連，壓力表設置在氮氣瓶與供氣電磁閥之間的管路上。
[0018]優選的，所述測繪儀包括主機柜和屏蔽罩，所述氮氣供應系統、控制裝置、脈沖電壓發生電路以及測繪儀所用的電源系統均設置在主機柜中，屏蔽罩設置于主機柜頂部，采用活頁及氣彈簧支撐桿與主機柜連接，屏蔽罩在測試過程中始終覆蓋整個操作平臺。以確保樣品在測試過程中不受外界光線及電磁波影響。
[0019]優選的，所述控制裝置還與一顯示器連接。該顯示器用于人機交互，可以用于顯示測試軟件界面及測試結果。
[0020]本實用新型與現有技術相比，具有如