[发明专利]一种电热性能检测系统与检测方法

权利要求书

1.一种电热性能检测系统，其特征在于，包括信号发生器、高压放大器、变温台、热探针、原子力显微镜主控器、探针信号控制器和信号采集与处理器；

所述信号发生器用于产生电压信号；

所述高压放大器用于对信号发生器输入的电压信号进行放大，然后施加于待测样品上，用来激励待测样品产生电热效应；

所述变温台用于承载待测样品、调节待测样品的温度，并对热探针进行标定，获得热探针上的电信号随温度变化的曲线；

所述热探针的针尖与待测样品接触，用于感知待测样品的温度变化，并转换为电信号；

所述原子力显微镜主控器与热探针连接，用于对热探针进行空间定位；

所述探针信号控制器与热探针连接，用于向热探针施加电信号，并检测热探针上的电信号变化；

所述信号采集与处理器与探针信号控制器连接，用于采集和处理探针信号控制器检测到的热探针上的电信号。

2.根据权利要求1所述的电热性能检测系统，其特征在于，所述热探针包括两条悬臂，两条悬臂的前端相接触，构成为热探针的针尖，针尖部分由热敏电阻构成。

3.根据权利要求1所述的电热性能检测系统，其特征在于，所述探针信号控制器包括惠斯通电桥和差分信号放大器；

所述惠斯通电桥包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂，所述第一桥臂上设有第一定值电阻，所述第二桥臂上设有第二定值电阻，所述第三桥臂上设有可变电阻器，所述第四桥臂上接有热探针；所述第一桥臂与第二桥臂的连接点记为第一结点，所述第二桥臂与第三桥臂的连接点记为第二结点，所述第三桥臂与第四桥臂的连接点记为第三结点，所述第四桥臂与第一桥臂的连接点记为第四结点；所述第一结点连接探针信号控制器的输入信号源，所述第二结点连接差分信号放大器的第二输入端，所述第三结点连接接地端，所述第四结点连接差分信号放大器的第一输入端；

所述差分信号放大器的输出端连接信号采集与处理器。

4.根据权利要求1所述的电热性能检测系统，其特征在于，所述原子力显微镜主控器包括信号发生模块，其输出端连接探针信号控制器，作为探针信号控制器的输入信号源，用于驱动探针信号控制器。

5.一种电热性能检测方法，其特征在于，采用权利要求1～4中任一项所述的电热性能检测系统，检测方法包括以下步骤：

步骤1、通过变温台与热探针接触，热探针感知变温台温度变化，并将其转换为电信号；探针信号控制器对热探针输出的电信号进行检测，并由信号采集与处理器进行采集；信号采集与处理器根据采集到的电信号，以及变温台的温度变化，得到热探针上的电信号随温度变化的曲线；

步骤2、通过信号发生器产生电压信号，经高压放大器放大后施加到待测样品，激励待测样品产生电热效应；热探针感知待测样品表面由于电热效应引起的温度变化，并将其转换为电信号；探针信号控制器对热探针输出的电信号进行检测，并由信号采集与处理器进行采集；信号采集与处理器先根据采集到的电信号和步骤1获得的热探针上的电信号随温度变化的曲线，得到待测样品的温度变化情况，再结合待测样品上施加的电压，获得其电热性能参数。

6.根据权利要求5所述的电热性能检测方法，其特征在于，通过原子力显微镜将热探针定位在待测样品表面某一点，检测待测样品上该点电热性能参数的时间弛豫情况。

7.根据权利要求5所述的电热性能检测方法，其特征在于，通过原子力显微镜控制热探针在待测样品表面移动，对待测样品一定区域进行扫描测量，获得待测样品电热性能参数的空间分布情况。

8.根据权利要求5所述的电热性能检测方法，其特征在于，所述信号采集与处理器的数据点采集时间间隔小于0.1毫秒。

9.根据权利要求5～8中任一项所述的电热性能检测方法，其特征在于，将ΔT/ΔE作为电热性能参数，其中ΔT表示温度变化，ΔE表示电场变化，ΔE＝ΔU/d，ΔU为施加在待测样品上的激励电压的变化量，d为电极间距离；当变温台上设有两个电极，且两个电极位于待测样品两端时，d等于待测样品的长度；当变温台上只设置一个电极，该电极位于待测样品底部，将热探针的针尖作为另一电极时，d等于待测样品的厚度。