[实用新型]一种高通量材料芯片四探针原位电阻测量设备

说明书

本实用新型提供一种高通量材料芯片四探针原位电阻测量设备，属于材料测试技术领域。该设备包括高通量四探针探头、耐高温高压气密罐体、样品架台、多通道四探针电阻测试仪、传输线缆和数据记录软件；样品架台位于耐高温高压气密罐体内，高通量四探针探头安装在样品架台上，高通量四探针探头通过传输线缆连接多通道四探针电阻测试仪，数据记录软件安装于上位机，接收来自多通道四探针电阻测试仪测量的数据。本实用新型能够在高温高压气体环境下，同时测量和记录64个样品的四探针电阻随时间、气压、温度等参数的变化，具备足够的精度和可靠性，极高的数据采集频率，低廉的硬件成本和简单的操作方法，同时也可以满足对少量样品电阻精确测量的要求。

技术领域

本实用新型涉及材料测试技术领域，特别是指一种高通量材料芯片四探针原位电阻测量设备。

背景技术

材料基因组计划中的材料高通量实验方法，是一种高效的新材料研发方法。其核心思想是在短时间内完成大量材料样品的制备和表征，并从中筛选出满足性能要求的样品对应相应工艺。相比传统的“试错法”，高通量试验方法具有研发周期短、开发费用低、人员劳动强度低等优点，是当前材料科研和应用领域发展的前沿技术。

材料组合芯片技术是一种高通量制备大量材料样品的方法，其一般思路是使用PVD设备，采用分立掩模板法或者共溅射法将大量具有不同成分的二元、三元或者多远材料制备到一块小的基片上，该方法可极高的提升样品制备的通量。而对这些样品进行高通量的表征和测试，则对高通量的材料测量技术提出了需求。

电阻作为材料的基本物理属性，在新型半导体材料、介电材料、电池材料、磁性材料等的研发中占有重要地位。另外，在一些气敏传感器材料的研究中，也需要测量电阻随气体浓度和温度的变化关系，这就对电阻的原位测量和记录技术提出了要求。将高通量电阻测量技术与材料的组合芯片制备技术结合，就能达到高通量材料制备和检测的目的。传统的电阻测量装置为达到这一目的，通常使用步进电机控制的探头，依次测量各个区域的电阻值，但这样难以满足原位测量和记录的要求，特别是高温高压的严苛环境中，另外当需要连续记录样品的电阻变化时，对每个样品的测量间隔过长，难以应对电阻快速变化的情况。另外，目前国内商用的四探针测试仪表均多为单通道，单台仪表价格通常在5000元以上，若用于高通量电阻测量，不仅成本高昂，也存在连线复杂的问题。本实用新型使用一体化的设计，针对材料高通量电阻原位测量的应用难题，提供一套专为材料高通量研发中电阻在高温高压环境原位测量和记录的装置，具有操作简单方便、成本相对低廉、运行稳定可靠、测量精度高、数据记录量大的优点，弥补了国内该领域应用技术的空白。

实用新型内容

本实用新型针对高通量材料研发，提供一种高通量材料芯片四探针原位电阻测量设备，不仅适用于材料组合芯片方法制备的高通量材料样品在高温高压严苛环境中的原位电阻测量记录，也可同时满足少量电阻精确测量的需求。

该设备包括高通量四探针探头、耐高温高压气密罐体、样品架台、多通道四探针电阻测试仪、传输线缆和数据记录软件；样品架台位于耐高温高压气密罐体内，高通量四探针探头安装在样品架台上，高通量四探针探头通过传输线缆连接多通道四探针电阻测试仪，数据记录软件安装于上位机，数据记录软件接收来自多通道四探针电阻测试仪测量的数据，并进行实时显示和记录。

其中，耐高温高压气密罐体用于提供反应所需的压力和气氛，通过上密封盖对耐高温高压气密罐体进行密封；耐高温高压气密罐体采用高级不锈钢材质，在内部不超过500℃和6MPa压力的条件下使用，非腐蚀性气体如氢气、氧气、一氧化碳、甲烷等在耐高温高压气密罐体内与被测样品反应。

耐高温高压气密罐体上设有电器连接器件，用于耐高温高压气密罐体内的高通量四探针探头的线缆与外部多通道四探针电阻测试仪的线缆进行连接，可在完成电信号传输任务的同时保证罐体不漏气；上密封盖上设有气压和温度检测仪表，并设有超压超温报警组件和泄压阀，另设有紧急排气通道，紧急排气管道能够在1～3s之内排空耐高温高压气密罐体内的气体，最大限度地保证使用安全性。