[发明专利]一种电介质薄膜电学性质测量系统

权利要求书

1.一种电介质薄膜电学性质测量系统，其特征在于：测量系统包括探针台、电学测试装置和计算机，探针台用于放置和固定电介质薄膜样品，电学测试装置用于测量电介质薄膜的漏电流特性即电压-电流特性曲线，计算机用于控制电学测试装置，并接收和记录电学测试装置回传的测量数据；

所述电学测试装置包括：计算机程序控制电压信号源、跨阻放大器、电流测量装置、计算机接口电路、A/D转换器、同轴电缆；所述跨阻放大器，包括有：前置跨阻放大器、中间电压放大器、后端电压放大器；

所述前置跨阻放大器，其特征在于：包括有两个CMOS运算放大器、四个MOS场效应管、四个CMOS反相器、六个电阻、两个电容；其中，

第一MOS场效应管、第一反馈电阻、第二MOS场效应管、第一电阻、第二反馈电阻依次串联，第一MOS场效应管的漏极电性连接至输入信号源，第一MOS场效应管与第一反馈电阻的共同连接端电连接至第一运算放大器的反相输入端，第一反馈电阻与第二MOS场效应管的共同连接端电连接至第一运算放大器的输出端，第二MOS场效应管与第一电阻的共同连接端与地端之间电连接有第一电容，第一电阻与第二反馈电阻的共同连接端电连接至第二运算放大器的反相输入端，第二反馈电阻的另一端电连接至第二运算放大器的输出端；第三MOS场效应管的源极电性连接至输入信号源、漏极电性连接至地端；第三电阻电性连接在第一运算放大器的同相输入端与地端之间；第四MOS场效应管、第二电阻、第三反馈电阻依次串联，第四MOS场效应管的源极电性连接至第一运算放大器的输出端，第三反馈电阻的另一端电性连接至地端；第四MOS场效应管与第二电阻的共同连接端与地端之间电连接有第二电容；第二电阻与第三反馈电阻的共同连接端电连接至第二运算放大器的同相输入端；第三MOS场效应管的栅极电性连接至外部时钟信号输入端，外部时钟信号输入端还电性连接有第一CMOS反相器，第一CMOS反相器的输出端电性连接至第一MOS场效应管的栅极和第二CMOS反相器的输入端，第二CMOS反相器的输出端电性连接至第三CMOS反相器的输入端，第三CMOS反相器的输出端电性连接至第四CMOS反相器的输入端和第二MOS场效应管的栅极，第四CMOS反相器的输出端电性连接至第四MOS场效应管的栅极；第二运算放大器的输出端电性连接至中间电压放大器的输入端；

第一MOS场效应管、第二MOS场效应管、第三MOS场效应管、第四MOS场效应管均工作于开关状态，其开关状态均受控于外部时钟信号；通过MHz量级的高频开关电路将放大电路按时间片轮切为两路，再通过减法电路复而为一，有效地过滤掉干扰信号，提取、放大有用的待测信号，提高信噪比，准确测量得到电介质薄膜的漏电流特性即电压-电流特性曲线。

2.一种如权利要求1所述的电介质薄膜电学性质测量系统，其特征在于：所述探针台包括样品台、光学显微镜、两个XYZ三向探针移动台、两根导电测试探针，所述XYZ三向探针移动台包括有探针夹持器和XYZ三向精密移动机构，所述探针夹持器用于夹持和固定探针，所述XYZ三向探针移动台用于实现在X、Y、Z三个方向调节探针的位置；所述样品台用于放置电介质薄膜样品；两根导电测试探针用于电性连接至电介质薄膜样品上的两个电极。

3.一种如权利要求2所述的电介质薄膜电学性质测量系统，其特征在于：光学显微镜用于观察导电测试探针针尖的位置并准确移动和可靠接触至电介质薄膜样品上的两个电极。

4.如权利要求1所述电介质薄膜电学性质测量系统，其特征在于：外部时钟信号的频率为1-100MHz。

5.如权利要求1-4任一项所述的电介质薄膜电学性质测量系统，其特征在于：第二CMOS反相器、第三CMOS反相器之间还增加有2N个串联的CMOS反相器，N为正整数，N的取值使得所有CMOS反相器的整体响应速度与第一运算放大器的响应速度匹配。

6.如权利要求1-4任一项所述的电介质薄膜电学性质测量系统，其特征在于：所述电学测试装置的计算机接口电路为GPIB接口电路，或BNC接口电路，或USB接口电路。