[实用新型]一种极端环境下的高阻值测量设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及高阻值材料电特性的测量技术，具体涉及到一种极端环境下的高阻值测量设备。

背景技术

极端环境通常是指如高温、低温、强磁场、强辐射、高压等环境条件。高阻值指物质电阻率较大，普通电阻测量仪表量程不足以测量得到物质的精确阻值。高阻值测量的任务是在规定条件下（温度、湿度、大气压等）以一定准确度确定被测对象的电阻值及与电阻值相关的影响量特性。

在材料学、物理学、电化学、生物科学等诸多应用研究领域中，极低温、强磁场的极端测量环境均有很重要的意义以及大量的需求。在极低温环境下的超导现象；在强磁场环境下的巨磁阻效应；以及二者皆有的环境下出现的磁电耦合效应，都具有重要的应用价值。电特性参数是这些现象或者效应中的重要测量对象，对于一些电阻值特别大的样品，例如半导体或者绝缘体，测量流经样品本身的微弱电信号的变化就可以研究样品性质的改变。

目前美国Quantum Design公司的物性测量系统(Physics Property Measurement System，简称PPMS)提供了应用研究中所需的极端环境并集成全自动的电特性测量任务。然而该系统的电特性测量功能仅适用于普通电阻值的样品，测量范围为10nΩ-5GΩ。面对高阻值（>5GΩ）的半导体或者绝缘体样品，PPMS自身的测量模块就会超出量程，无法满足高阻值测量要求。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种极端环境下的高阻值测量设备，其最主要目的是直观准确地实现待测样品在低温强磁场极端环境下的高阻值测量。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种极端环境下的高阻值测量设备，其特征在于，包括环境测控装置、液氦杜瓦、静电计、样品杆、环形连接件和阻值测控装置，其中，所述样品杆为环氧套管，其底端安装样品托，顶端固定安装环形连接件，将与所述环形连接件内环直径相匹配的BNC接头固定在环形连接件上，样品托与所述BNC接头通过置于样品杆内部的双层同轴屏蔽线相连；待测样品固定在所述样品杆底端的样品托上，并和样品杆一起置于液氦杜瓦腔内；所述环境测控装置输入端与所述液氦杜瓦相连，其输出端与所述阻值测控装置第一输入端相连，环境测控装置内置环境数据采集器和环境数据控制器，其中环境数据采集器通讯端与环境数据控制器通讯端相连；所述静电计输入端通过三层同轴屏蔽线与安装在环形连接件上的BNC接头相连，其输出端与阻值测控装置第二输入端相连。

环境数据控制器根据测量需要设定目标温度值与温度控制模式以及磁场值与磁场控制模式后开始工作，发送环境控制信号至液氦杜瓦腔内，腔内温度和磁场在环境数据控制器的控制作用下直至达到目标值后保持稳定；与此同时，环境数据采集器采集液氦杜瓦内的温度和磁场值并经由环境测控装置输出端传送至阻值测控装置第一输入端。

作为进一步优化的，所述阻值测控装置包括测量控制器、数据采集器和数据处理器。测量控制器的输出端与数据采集器输入端相连，数据采集器输出端与数据处理器输入端相连。

测量控制器发送循环控制信号至静电计使得静电计开始工作并循环测量待测样品的电阻值数据，数据采集器同时采集经静电计测量得到的电阻值数据和经环境数据采集器测量得到的环境数据（温度和磁场值），并通过其输出端传送至数据处理器，数据处理器即时显示并存储电阻值、温度和磁场数据，与此同时，即时输出电阻值随磁场变化以及电阻值随温度变化的数据图形。

作为进一步优化的，所述环境测控装置输出端通过RJ45接口总线与阻值测控装置第一输入端相连。

作为进一步优化的，所述静电计输出端通过GPIB接口总线与阻值测控装置第二输入端相连。

作为进一步优化的，所述环境数据采集器内置温度传感器和磁场传感器。

总体而言，本实用新型相比现有技术具有以下优点：该实用新型解决了现有技术中极端环境下高阻值样品电阻值难以测量的困难，实现了极端环境中的高阻值样品电阻值的扫描测量，以满足绝大多数半导体材料和绝缘材料电阻值测量的要求；此外，该系统采用多层屏蔽线的方式减少传导干扰与辐射干扰，使得测量结果更为准确可靠；同时该系统还具有结构简单、操作方便且温度值、磁场值与待测样品阻值可即时显示的优点。

附图说明

图1为本实用新型的测量系统结构示意图；

图2为环境测控装置连接结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：