[发明专利]电输运特性测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量装置及测量方法，特别是涉及一种电输运特性测量装置和测量方法。

背景技术

许多晶体材料的结构与物性都具有程度不一的各向异性，成为学术基础科研与材料应用开发的关注重点，其中各向异性的电输运特性是晶体材料的一个重要特性。传统的四探针装置中包括四个探针和样品台，其中样品台是固定不动的，利用该装置测量各向异性的电输运特性时，需要制备出多个材料，然后将探针沿着不同晶向上配置，从而测量出该材料在不同晶向上的电输运特性；另一方面，因为各探针分别由各自的调节部件控制，因此调节各探针在晶面上的位置时需要依次对各探针进行调节，这样造成实际的操作过程比较费时费力，而且为了剔除材料生长的不均匀性，需要做统计分析，造成实验周期的延长。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够方便、有效地测量晶体材料各向异性电输运特性的测量装置。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种方便、有效的晶体材料各向异性电输运特性的测量装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种电输运特性测量装置，包括平台主体、四探针升降系统和样品台旋转系统；

所述平台主体包括上平台、下平台和多个连接翼，各个所述连接翼的两端分别连接所述上平台和所述下平台，所述这些连接翼围绕所述平台主体的中心轴线均匀布置，且在所述平台主体的中心轴线处形成空腔，两两所述连接翼之间形成升降槽道，所述上平台具有多个边缘孔和一个中心孔；

所述四探针升降系统包括四个探针组件和步进电机，各所述探针组件包括依次相连接的探针引脚、探针杆和探针，所述探针引脚穿过所述升降槽道从而固定于所述步进电机上，所述探针杆自所述上平台的所述边缘孔穿出使所述探针指向待测样品表面，所述步进电机位于所述平台主体的所述空腔中并与所述下平台接触，用于所述探针组件的升降；以及

所述样品旋转系统包括传动样品台、转动轴和驱动件，所述传动样品台用于放置所述待测样品，所述转动轴的下部与所述上平台配合并可转动地嵌在所述上平台中，所述转动轴的上部穿过所述上平台的所述中心孔，与所述传动样品台固定连接，所述驱动件与所述传动样品台配合，用于驱动所述传动样品台转动。

进一步地，所述探针组件均具有刚性。

进一步地，所述探针杆上具有接口，从所述接口用于与导线相连接，从而与外部设备连接。

进一步地，所述步进电机为压电陶瓷步进电机。

进一步地，所述连接翼采用导热材料制成，具有导热作用，能将测量过程中产生的热及时地传导至外界。

进一步地，所述传动样品台具有涡轮结构，所述涡轮结构的边缘具有多个涡轮轮齿；所述驱动件为蜗杆，所述蜗杆具有多个螺旋齿；所述涡轮轮齿与所述螺旋齿相配合，从而使得所述传动样品台在所述驱动件的驱动下转动。

进一步地，所述驱动件还包括三齿轮蜗轮传动尾翼，设置在所述蜗杆尾部，用于与外部传动装置的连接。

进一步地，所述蜗杆采用隔热、耐磨材料制成。

进一步地，所述蜗杆的中部有蜗轮卡槽和蜗杆卡头，所述蜗轮卡槽与所述蜗杆卡头相配合，所述蜗杆卡头固定于所述上平台上。

本发明还提供了一种电输运特性的测量方法，应用于上述任意一种电输运特性测量装置中，包括以下步骤：

第一步、将所述待测样品固定于所述传动样品台上；

第二步、利用所述步进电机调整所述探针引脚到工作高度，使所述探针接触待测样品表面，进行电输运测量；

第三步、利用所述步进电机将所述探针引脚上升，直到所述探针离开所述待测样品表面，驱动所述传动样品台及所述待测样品旋转至所需角度；

第四步、使所述传动样品台停止转动，利用所述步进电机将所述探针引脚下降到工作高度，使所述探针接触所述待测样品表面，再次进行电输运测量；

第五步、重复第三步和第四步所述步骤，进行多次电输运测量，如此循环直至测完实验所有所需角度。

本发明所提供的一种电输运特性测量装置，利用步进电机调控四个探针组件的同时升降，使四个探针同时接触或离开待测样品表面，利用三齿轮蜗轮传动尾翼的转动带动蜗杆的旋转，从而带动传动样品台及待测样品的旋转，即通过四个探针组件的同时升降和传动样品台的旋转测试完实验所需所有角度，从而实现晶体材料各向异性电输运特性的测量。