一種薄膜高溫光電物性測試裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種物性測試裝置，具體是一種薄膜高溫光電物性測試裝置。
【背景技術】
[0002] 功能薄膜，特別是光電功能薄膜，是微電子學和光電子學的材料基礎，并被廣泛應 用于半導體電子工業(yè)。其中，硫屬相變薄膜由于其特有的與溫度相關的光、電可逆變化特性 而大量應用于高密度信息存儲和清潔能源等領域，成為國內外研究熱點。
[0003] 實際應用中，功能薄膜特別是半導體光電薄膜器件的工作性能易受外界溫度影 響，因此研究薄膜材料的溫度特性對其在器件方面的應用非常重要。特別是隨著高溫微電 子學的快速發(fā)展，對功能薄膜器件材料的高溫光電功能特性及溫度穩(wěn)定性提出了更高的要 求。對光電薄膜高溫物性測量的研究顯得尤為關鍵。由于與溫度相關的電阻和光學參量的 變化均是功能薄膜材料功能特性的重要表征，因此實現(xiàn)高溫薄膜電阻與光學反射率的同步 精確測量對深入了解薄膜的輸運機理和微觀參量變化，特別是對研發(fā)新型高溫器件材料有 重要應用價值和理論意義。通過對與溫度相關的光電物性的同步測量不僅可W研究薄膜材 料特性及其溫度穩(wěn)定性，而且有助于調節(jié)組分、優(yōu)化性能。
[0004] 為了實現(xiàn)高溫條件下薄膜材料的光電物性測量，目前一般采用簡易的方法，即利 用加熱板或加熱爐將樣品加熱到某一溫度后，直接在空氣中或者取出測量，導致樣品測量 時實際溫度與設定溫度相當不一致。從而測量結果不能反映真實溫度下材料的光電參數(shù)及 特性，無法實現(xiàn)定量準確測量。為了精確地測量薄膜樣品的高溫特性參數(shù)，要求高溫測量時 樣品所處區(qū)域溫度均勻，無明顯溫度梯度。同時，要求樣品測量時整個裝置氣密性好，可在 真空或保護氣體環(huán)境下測量，排除空氣及水氣的干擾。目前尚沒有相關裝置報道可W在高 溫（至~1000°C)同步測量薄膜的光電物性。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜高溫光電物性測試裝置，其可實現(xiàn)薄膜高溫光電 物性準確測量，可用來同時測量功能薄膜反射光強和表面電阻隨溫度變化的關系，解決薄 膜材料高溫光電物性精密測量的工程問題。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0007] 一種薄膜高溫光電物性測試裝置，包括溫控真空管式爐、樣品測試臺、溫度測量單 元、薄膜表面反射光強測量單元、薄膜電阻檢測單元和計算機；
[000引所述溫控真空管式爐包括程控加熱管式爐和用W對此程控加熱管式爐抽真空的 真空累，此程控加熱管式爐包括程控式加熱爐體和置于此程控式加熱爐體內的兩端呈開口 狀的石英管，此石英管的第一端開口裝設有具有透明光學窗的第一密封法蘭，此石英管的 第二端開口裝設有具有電極輸出端的第二密封法蘭；
[0009] 所述樣品測試臺置于所述石英管內的恒溫區(qū)，所述樣品測試臺上設置有四根金屬 探針，薄膜樣品安裝于樣品測試臺上且被測表面朝向所述石英管的第一端開口，此四根金 屬探針分別與薄膜樣品的被測表面的四個角區(qū)邊界附近相接觸；
[0010] 所述溫度測量單元包括熱電偶和溫度轉換表頭，所述熱電偶的測量端置于所述石 英管內位于所述薄膜樣品附近，所述熱電偶的冷端電連接至所述第二密封法蘭的電極輸出 端，所述溫度轉換表頭通過所述第二密封法蘭的電極輸出端與所述熱電偶的冷端進行電連 接；
[0011] 所述薄膜表面反射光強測量單元包括激光器、半透半反棱鏡、第一聚焦透鏡、所述 透明光學窗、第二聚焦透鏡、濾光片和光電檢測模塊，所述激光器、所述半透半反棱鏡、所述 第一聚焦透鏡和所述透明光學窗沿入射光路依次設置，所述透明光學窗、所述第一聚焦透 鏡、所述半透半反棱鏡、所述第二聚焦透鏡、所述濾光片和所述光電檢測模塊沿反射光路依 次設置；
[0012] 所述薄膜電阻檢測單元采用范德堡法表面電阻測量單元，其包括恒流源、納伏表、 電路切換控制模塊和所述四根金屬探針，所述電路切換控制模塊包括探針輸入/輸出端切 換開關、電流極性切換開關和數(shù)據(jù)采集/控制單元；所述四根金屬探針分別通過高溫導線 對應電連接至所述第二密封法蘭的電極輸出端，所述第二密封法蘭的電極輸出端對應于所 述四根金屬探針的端口連接至所述探針輸入/輸出端切換開關的相應輸入輸出端，所述恒 流源的輸出端通過所述電流極性切換開關連接至所述探針輸入/輸出端切換開關的相應 輸入輸出端，所述納伏表的輸入端連接所述探針輸入/輸出端切換開關的相應輸入輸出 端，所述納伏表的輸出端連接至所述計算機的相應輸入端；所述數(shù)據(jù)采集/控制單元與所 述計算機相連接，所述光電檢測模塊的輸出端連接所述數(shù)據(jù)采集/控制單元的信號采集輸 入端，所述數(shù)據(jù)采集/控制單元的選通控制端分別對應連接至所述探針輸入/輸出端切換 開關的控制輸入端和所述電流極性切換開關的控制輸入端。
[0013] 所述第二密封法蘭采用真空電極法蘭。
[0014] 所述樣品測試臺具有耐高溫陶瓷臺面，此耐高溫陶瓷臺面具有四個安裝孔，所述 四根金屬探針分別設有相應的安裝孔，所述四根金屬探針分別通過金屬螺釘和金屬螺母安 裝在此耐高溫陶瓷臺面上，且所述四根金屬探針分別通過對應的金屬螺釘和金屬螺母與所 述高溫導線進行電連接；所述四根金屬探針與此耐高溫陶瓷臺面之間分別墊設有用W保持 薄膜樣品的被測表面與對應的金屬探針之間接觸良好的耐高溫陶瓷墊片。
[0015] 本發(fā)明一種薄膜高溫光電物性測試裝置，工作時，用爐內薄膜樣品附近的內置熱 電偶與外部溫度轉換表頭組成溫度測量單元；激光通過入射光路正入射到爐中恒溫區(qū)安裝 在測試臺上的薄膜樣品表面，光電檢測模塊單元接收薄膜樣品表面反射回來的光信號并轉 換成電信號傳輸入數(shù)據(jù)采集/控制單元；薄膜樣品測試臺上與高溫導線電相連的四金屬探 針、恒流源、納伏表和電路切換控制模塊組成四探針薄膜電阻測量單元；由計算機統(tǒng)一控制 管理溫度測量、薄膜表面反射光強測量和表面電阻測量的同步運行，使得薄膜反射特性和 電阻值隨溫度變化曲線可W同步生成，實現(xiàn)測量和計算薄膜與溫度相關的光電物性參數(shù)， 為功能材料高溫光電特性測量的高可靠性和自動化提供了保證。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0017] 1)本發(fā)明由于采用光、電特性同時測量的組合測量裝置，可W顯著提升研究寬溫 范圍薄膜樣品的物性測量能力。該組合測量裝置使得即使對具有較大表面反射率變化的樣 品，仍可W實現(xiàn)高溫非接觸式光測量。同時，高靈敏度的范德堡法表電阻測量實現(xiàn)大溫度范 圍內變動電阻的測量。
[001引 2)由于采用溫控爐對樣品進行升溫和控溫，可W在室溫~1000°C范圍內很好地 對樣品材料溫度進行控制，獲得在此溫度范圍任意溫度下材料的光電特性。具有很寬的溫 度測量范圍，進一步拓寬了本發(fā)明的應用領域。同時，樣品所處加熱區(qū)溫度均勻穩(wěn)定，同時 真空可排除了空氣和水汽的干擾，保證薄膜材料測量的準確性和精度。
[0019] 3)本發(fā)明不僅可W廣泛用于各種薄膜材料的測量，同時也可W實現(xiàn)塊體材料的測 量。因此，本發(fā)明能廣泛應用于各種材料的與溫度相關的光電特性高精度測量。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明測試裝置一個實施例的結構示意圖。
[0021] 圖2為圖1中樣品測試臺的結構示意圖。
[0022] 圖3為圖1中電路切換控制模塊的各部分的連接示意圖。
[0023] 圖4為使用本發(fā)明測試裝置的石英基片上硫屬相變薄膜樣品的電阻和反射光強 同步變化曲線。（樣品溫升速率為7. 7°C/min)
【具體實施方式】
[0024] 本發(fā)明一種薄膜高溫光電物性測試裝置，如圖1所示，包括溫控真空管式爐、樣品 測試臺、溫度測量單元、薄膜表面反射光強測量單元、薄膜電阻檢測單元和計算機。
[0025] 溫控真空管式爐包括程控加熱管式爐1和用W對此程控加熱管式爐抽真空的真 空累（圖中未示出），此程控加熱管式爐1包括程控式加熱爐體11和置于此程控式加熱爐 體11內的兩