一種極端環(huán)境下的高阻值測量設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種極端環(huán)境下的高阻值測量設(shè)備，包括環(huán)境測控裝置、液氦杜瓦、靜電計、樣品桿、環(huán)形連接件和阻值測控裝置，其中，樣品桿底端安裝樣品托，頂端固定安裝環(huán)形連接件，環(huán)形連接件頂端安裝BNC接頭，樣品托與BNC接頭通過雙層同軸屏蔽線相連；待測樣品固定在樣品桿底端的樣品托上，并和樣品桿一起置于液氦杜瓦腔內(nèi)；環(huán)境測控裝置輸入端與液氦杜瓦相連，其輸出端與阻值測控裝置第一輸入端相連；靜電計輸入端與安裝在樣品桿頂端的BNC接頭相連，其輸出端與阻值測控裝置第二輸入端相連。本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)待測高阻值樣品在極端環(huán)境下的高阻值掃描測量，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便且輻射干擾少的優(yōu)點。
【專利說明】一種極端環(huán)境下的高阻值測量設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及高阻值材料電特性的測量技術(shù)，具體涉及到一種極端環(huán)境下的高阻值測量設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]極端環(huán)境通常是指如高溫、低溫、強磁場、強輻射、高壓等環(huán)境條件。高阻值指物質(zhì)電阻率較大，普通電阻測量儀表量程不足以測量得到物質(zhì)的精確阻值。高阻值測量的任務是在規(guī)定條件下(溫度、濕度、大氣壓等)以一定準確度確定被測對象的電阻值及與電阻值相關(guān)的影響量特性。
[0003]在材料學、物理學、電化學、生物科學等諸多應用研究領(lǐng)域中，極低溫、強磁場的極端測量環(huán)境均有很重要的意義以及大量的需求。在極低溫環(huán)境下的超導現(xiàn)象；在強磁場環(huán)境下的巨磁阻效應；以及二者皆有的環(huán)境下出現(xiàn)的磁電耦合效應，都具有重要的應用價值。電特性參數(shù)是這些現(xiàn)象或者效應中的重要測量對象，對于一些電阻值特別大的樣品，例如半導體或者絕緣體，測量流經(jīng)樣品本身的微弱電信號的變化就可以研究樣品性質(zhì)的改變。
[0004]目前美國 Quantum Design 公司的物性測量系統(tǒng)(Physics Property MeasurementSystem，簡稱PPMS)提供了應用研究中所需的極端環(huán)境并集成全自動的電特性測量任務。然而該系統(tǒng)的電特性測量功能僅適用于普通電阻值的樣品，測量范圍為10ηΩ-56Ω。面對高阻值(>56Ω)的半導體或者絕緣體樣品，PPMS自身的測量模塊就會超出量程，無法滿足高阻值測量要求。
實用新型內(nèi)容
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種極端環(huán)境下的高阻值測量設(shè)備，其最主要目的是直觀準確地實現(xiàn)待測樣品在低溫強磁場極端環(huán)境下的高阻值測量。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種極端環(huán)境下的高阻值測量設(shè)備，其特征在于，包括環(huán)境測控裝置、液氦杜瓦、靜電計、樣品桿、環(huán)形連接件和阻值測控裝置，其中，所述樣品桿為環(huán)氧套管，其底端安裝樣品托，頂端固定安裝環(huán)形連接件，將與所述環(huán)形連接件內(nèi)環(huán)直徑相匹配的BNC接頭固定在環(huán)形連接件上，樣品托與所述BNC接頭通過置于樣品桿內(nèi)部的雙層同軸屏蔽線相連；待測樣品固定在所述樣品桿底端的樣品托上，并和樣品桿一起置于液氦杜瓦腔內(nèi)；所述環(huán)境測控裝置輸入端與所述液氦杜瓦相連，其輸出端與所述阻值測控裝置第一輸入端相連，環(huán)境測控裝置內(nèi)置環(huán)境數(shù)據(jù)采集器和環(huán)境數(shù)據(jù)控制器，其中環(huán)境數(shù)據(jù)采集器通訊端與環(huán)境數(shù)據(jù)控制器通訊端相連；所述靜電計輸入端通過三層同軸屏蔽線與安裝在環(huán)形連接件上的BNC接頭相連，其輸出端與阻值測控裝置第二輸入端相連。
[0007]環(huán)境數(shù)據(jù)控制器根據(jù)測量需要設(shè)定目標溫度值與溫度控制模式以及磁場值與磁場控制模式后開始工作，發(fā)送環(huán)境控制信號至液氦杜瓦腔內(nèi)，腔內(nèi)溫度和磁場在環(huán)境數(shù)據(jù)控制器的控制作用下直至達到目標值后保持穩(wěn)定；與此同時，環(huán)境數(shù)據(jù)采集器采集液氦杜瓦內(nèi)的溫度和磁場值并經(jīng)由環(huán)境測控裝置輸出端傳送至阻值測控裝置第一輸入端。
[0008]作為進一步優(yōu)化的，所述阻值測控裝置包括測量控制器、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理器。測量控制器的輸出端與數(shù)據(jù)采集器輸入端相連，數(shù)據(jù)采集器輸出端與數(shù)據(jù)處理器輸入端相連。
[0009]測量控制器發(fā)送循環(huán)控制信號至靜電計使得靜電計開始工作并循環(huán)測量待測樣品的電阻值數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集器同時采集經(jīng)靜電計測量得到的電阻值數(shù)據(jù)和經(jīng)環(huán)境數(shù)據(jù)采集器測量得到的環(huán)境數(shù)據(jù)(溫度和磁場值)，并通過其輸出端傳送至數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器即時顯示并存儲電阻值、溫度和磁場數(shù)據(jù)，與此同時，即時輸出電阻值隨磁場變化以及電阻值隨溫度變化的數(shù)據(jù)圖形。
[0010]作為進一步優(yōu)化的，所述環(huán)境測控裝置輸出端通過RJ45接口總線與阻值測控裝置第一輸入端相連。
[0011]作為進一步優(yōu)化的，所述靜電計輸出端通過GPIB接口總線與阻值測控裝置第二輸入端相連。
[0012]作為進一步優(yōu)化的，所述環(huán)境數(shù)據(jù)采集器內(nèi)置溫度傳感器和磁場傳感器。
[0013]總體而言，本實用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:該實用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)中極端環(huán)境下高阻值樣品電阻值難以測量的困難，實現(xiàn)了極端環(huán)境中的高阻值樣品電阻值的掃描測量，以滿足絕大多數(shù)半導體材料和絕緣材料電阻值測量的要求；此外，該系統(tǒng)采用多層屏蔽線的方式減少傳導干擾與輻射干擾，使得測量結(jié)果更為準確可靠；同時該系統(tǒng)還具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便且溫度值、磁場值與待測樣品阻值可即時顯示的優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為環(huán)境測控裝置連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0017]1-環(huán)境測控裝置、10-環(huán)境數(shù)據(jù)采集器、11-環(huán)境數(shù)據(jù)控制器、2-液氦杜瓦、3-待測樣品、4-靜電計、5-樣品桿、6-阻值測控裝置、7-雙層同軸屏蔽線、8-三層同軸屏蔽線、9-待測樣品、13-環(huán)形連接件
【具體實施方式】
[0018]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0019]如圖1所示，一種極端環(huán)境下的高阻值測量設(shè)備，該系統(tǒng)包括環(huán)境測控裝置1、液氦杜瓦2、待測樣品3、靜電計4、樣品桿5、環(huán)形連接件13和阻值測控裝置6，其中，所述樣品桿5為環(huán)氧套管，其底端安裝樣品托，頂端固定安裝環(huán)形連接件13，將與所述環(huán)形連接件13內(nèi)環(huán)直徑相匹配的BNC接頭固定在環(huán)形連接件13上，樣品托與所述BNC接頭通過置于樣品桿5內(nèi)部的雙層同軸屏蔽線7相連；環(huán)境測控裝置I輸入端與液氦杜瓦2輸出端相連，環(huán)境測控裝置I輸出端通過RJ45接口總線與阻值測控裝置6第一輸入端相連，用于控制并采集液氦杜瓦2腔內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)；靜電計4輸入端通過三層同軸屏蔽線8與安裝在樣品桿5頂端的BNC接頭相連，其輸出端通過GPIB接口總線與阻值測控裝置6第二輸入端相連，用于測量待測樣品的電阻值。
[0020]如圖2所示，環(huán)境測控裝置I內(nèi)置環(huán)境數(shù)據(jù)采集器10和環(huán)境數(shù)據(jù)控制器11，環(huán)境數(shù)據(jù)控制器11設(shè)定目標溫度和磁場值以及控制單元后開始工作，發(fā)送環(huán)境控制信號至液氦杜瓦腔內(nèi)溫度和磁場值在環(huán)境數(shù)據(jù)控制器11的控制作用下直至達到設(shè)定目標值后保持穩(wěn)定；與此同時，環(huán)境數(shù)據(jù)采集器10采集液氦杜瓦2內(nèi)的溫度和磁場值并經(jīng)由環(huán)境測控裝置I輸出端傳送至阻值測控裝置6第一輸入端。
[0021]阻值測控裝置6內(nèi)置測量控制器、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理器。測量控制器的輸出端與數(shù)據(jù)采集器輸入端相連，數(shù)據(jù)采集器輸出端與數(shù)據(jù)處理器輸入端相連。測量控制器發(fā)送循環(huán)控制信號至靜電計4使得靜電計4開始工作并循環(huán)測量待測樣品3的電阻值數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集器同時采集經(jīng)靜電計4測量得到的電阻值數(shù)據(jù)和經(jīng)環(huán)境數(shù)據(jù)采集器10測量得到的溫度和磁場值，并通過其輸出端傳送至數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器在即時顯示并存儲電阻值、溫度和磁場數(shù)據(jù)的同時，即時輸出電阻值隨磁場變化和電阻值隨溫度變化的數(shù)據(jù)圖形。
[0022]本實用新型中，環(huán)境測控裝置可選用PPMS ;靜電計可選用南京長盛CS2676CX程控數(shù)字超高阻計、上海精科PC68數(shù)字式高阻計、吉時利6517B或安捷倫4349B高阻測試儀中的任意一種，優(yōu)選吉時利6517B靜電計。
[0023]本實用新型中，所述極端環(huán)境的極低溫度范圍為1.8K?400K，溫度掃描速率為
0.01?8K/min。所述極端環(huán)境的強磁場范圍為±16T,分辨率為0.1Oe,磁場穩(wěn)定性為Ippm/h，變場速率為10?2000e/s。
[0024]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種極端環(huán)境下的高阻值測量設(shè)備，其特征在于，包括環(huán)境測控裝置、液氦杜瓦、靜電計、樣品桿、環(huán)形連接件和阻值測控裝置，其中，所述樣品桿為環(huán)氧套管，其底端安裝樣品托，頂端固定安裝環(huán)形連接件，將與所述環(huán)形連接件內(nèi)環(huán)直徑相匹配的BNC接頭固定在環(huán)形連接件上，樣品托與所述BNC接頭通過置于樣品桿內(nèi)部的雙層同軸屏蔽線相連；待測樣品固定在所述樣品桿底端的樣品托上，并和樣品桿一起置于液氦杜瓦腔內(nèi)；所述環(huán)境測控裝置輸入端與所述液氦杜瓦相連，其輸出端與所述阻值測控裝置第一輸入端相連，環(huán)境測控裝置內(nèi)置環(huán)境數(shù)據(jù)采集器和環(huán)境數(shù)據(jù)控制器，其中環(huán)境數(shù)據(jù)采集器通訊端與環(huán)境數(shù)據(jù)控制器通訊端相連；所述靜電計輸入端通過三層同軸屏蔽線與安裝在環(huán)形連接件上的BNC接頭相連，其輸出端與阻值測控裝置第二輸入端相連。
2.如權(quán)利要求1所述的極端環(huán)境下的高阻值測量設(shè)備，其特征在于，所述環(huán)境數(shù)據(jù)采集器包括溫度傳感器和磁場傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的極端環(huán)境下的高阻值測量設(shè)備，其特征在于，所述阻值測控裝置包括測量控制器、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理器，其中測量控制器的輸出端與數(shù)據(jù)采集器輸入端相連，數(shù)據(jù)采集器輸出端與數(shù)據(jù)處理器輸入端相連。
4.如權(quán)利要求1-3任意一項所述的極端環(huán)境下的高阻值測量設(shè)備，其特征在于，所述環(huán)境測控裝置輸出端通過RJ45接口總線與所述阻值測控裝置的第一輸入端相連。
5.如權(quán)利要求1-3任意一項所述的極端環(huán)境下的高阻值測量設(shè)備，其特征在于，所述靜電計輸出端通過GPIB接口總線與所述阻值測控裝置的第二輸入端相連。
【文檔編號】G01R27/02GK203798909SQ201420125089
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】王業(yè)率, 夏正才, 李亮 申請人:華中科技大學