一种薄膜高温光电物性测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种物性测试装置，具体是一种薄膜高温光电物性测试装置。
【背景技术】
[0002] 功能薄膜，特别是光电功能薄膜，是微电子学和光电子学的材料基础，并被广泛应 用于半导体电子工业。其中，硫属相变薄膜由于其特有的与温度相关的光、电可逆变化特性 而大量应用于高密度信息存储和清洁能源等领域，成为国内外研究热点。
[0003] 实际应用中，功能薄膜特别是半导体光电薄膜器件的工作性能易受外界温度影 响，因此研究薄膜材料的温度特性对其在器件方面的应用非常重要。特别是随着高温微电 子学的快速发展，对功能薄膜器件材料的高温光电功能特性及温度稳定性提出了更高的要 求。对光电薄膜高温物性测量的研究显得尤为关键。由于与温度相关的电阻和光学参量的 变化均是功能薄膜材料功能特性的重要表征，因此实现高温薄膜电阻与光学反射率的同步 精确测量对深入了解薄膜的输运机理和微观参量变化，特别是对研发新型高温器件材料有 重要应用价值和理论意义。通过对与温度相关的光电物性的同步测量不仅可W研究薄膜材 料特性及其温度稳定性，而且有助于调节组分、优化性能。
[0004] 为了实现高温条件下薄膜材料的光电物性测量，目前一般采用简易的方法，即利 用加热板或加热炉将样品加热到某一温度后，直接在空气中或者取出测量，导致样品测量 时实际温度与设定温度相当不一致。从而测量结果不能反映真实温度下材料的光电参数及 特性，无法实现定量准确测量。为了精确地测量薄膜样品的高温特性参数，要求高温测量时 样品所处区域温度均匀，无明显温度梯度。同时，要求样品测量时整个装置气密性好，可在 真空或保护气体环境下测量，排除空气及水气的干扰。目前尚没有相关装置报道可W在高 温（至~1000°C)同步测量薄膜的光电物性。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的在于提供一种薄膜高温光电物性测试装置，其可实现薄膜高温 光电物性准确测量，可用来同时测量功能薄膜反射光强和表面电阻随温度变化的关系，解 决薄膜材料高温光电物性精密测量的工程问题。
[0006] 为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0007] 一种薄膜高温光电物性测试装置，包括温控真空管式炉、样品测试台、温度测量单 元、薄膜表面反射光强测量单元、薄膜电阻检测单元和计算机；
[000引所述温控真空管式炉包括程控加热管式炉和用W对此程控加热管式炉抽真空的 真空累，此程控加热管式炉包括程控式加热炉体和置于此程控式加热炉体内的两端呈开口 状的石英管，此石英管的第一端开口装设有具有透明光学窗的第一密封法兰，此石英管的 第二端开口装设有具有电极输出端的第二密封法兰；
[0009] 所述样品测试台置于所述石英管内的恒温区，所述样品测试台上设置有四根金属 探针，薄膜样品安装于样品测试台上且被测表面朝向所述石英管的第一端开口，此四根金 属探针分别与薄膜样品的被测表面的四个角区边界附近相接触；
[0010] 所述温度测量单元包括热电偶和温度转换表头，所述热电偶的测量端置于所述石 英管内位于所述薄膜样品附近，所述热电偶的冷端电连接至所述第二密封法兰的电极输出 端，所述温度转换表头通过所述第二密封法兰的电极输出端与所述热电偶的冷端进行电连 接；
[0011] 所述薄膜表面反射光强测量单元包括激光器、半透半反棱镜、第一聚焦透镜、所述 透明光学窗、第二聚焦透镜、滤光片和光电检测模块，所述激光器、所述半透半反棱镜、所述 第一聚焦透镜和所述透明光学窗沿入射光路依次设置，所述透明光学窗、所述第一聚焦透 镜、所述半透半反棱镜、所述第二聚焦透镜、所述滤光片和所述光电检测模块沿反射光路依 次设置；
[0012] 所述薄膜电阻检测单元采用范德堡法表面电阻测量单元，其包括恒流源、纳伏表、 电路切换控制模块和所述四根金属探针，所述电路切换控制模块包括探针输入/输出端切 换开关、电流极性切换开关和数据采集/控制单元；所述四根金属探针分别通过高温导线 对应电连接至所述第二密封法兰的电极输出端，所述第二密封法兰的电极输出端对应于所 述四根金属探针的端口连接至所述探针输入/输出端切换开关的相应输入输出端，所述恒 流源的输出端通过所述电流极性切换开关连接至所述探针输入/输出端切换开关的相应 输入输出端，所述纳伏表的输入端连接所述探针输入/输出端切换开关的相应输入输出 端，所述纳伏表的输出端连接至所述计算机的相应输入端；所述数据采集/控制单元与所 述计算机相连接，所述光电检测模块的输出端连接所述数据采集/控制单元的信号采集输 入端，所述数据采集/控制单元的选通控制端分别对应连接至所述探针输入/输出端切换 开关的控制输入端和所述电流极性切换开关的控制输入端。
[0013] 所述第二密封法兰采用真空电极法兰。
[0014] 所述样品测试台具有耐高温陶瓷台面，此耐高温陶瓷台面具有四个安装孔，所述 四根金属探针分别设有相应的安装孔，所述四根金属探针分别通过金属螺钉和金属螺母安 装在此耐高温陶瓷台面上，且所述四根金属探针分别通过对应的金属螺钉和金属螺母与所 述高温导线进行电连接；所述四根金属探针与此耐高温陶瓷台面之间分别垫设有用W保持 薄膜样品的被测表面与对应的金属探针之间接触良好的耐高温陶瓷垫片。
[0015] 本实用新型一种薄膜高温光电物性测试装置，工作时，用炉内薄膜样品附近的内 置热电偶与外部温度转换表头组成温度测量单元；激光通过入射光路正入射到炉中恒温区 安装在测试台上的薄膜样品表面，光电检测模块单元接收薄膜样品表面反射回来的光信号 并转换成电信号传输入数据采集/控制单元；薄膜样品测试台上与高温导线电相连的四金 属探针、恒流源、纳伏表和电路切换控制模块组成四探针薄膜电阻测量单元；由计算机统一 控制管理温度测量、薄膜表面反射光强测量和表面电阻测量的同步运行，使得薄膜反射特 性和电阻值随温度变化曲线可W同步生成，实现测量和计算薄膜与温度相关的光电物性参 数，为功能材料高温光电特性测量的高可靠性和自动化提供了保证。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
[0017] 1)本实用新型由于采用光、电特性同时测量的组合测量装置，可W显著提升研究 宽温范围薄膜样品的物性测量能力。该组合测量装置使得即使对具有较大表面反射率变化 的样品，仍可W实现高温非接触式光测量。同时，高灵敏度的范德堡法表电阻测量实现大温 度范围内变动电阻的测量。
[001引 2)由于采用温控炉对样品进行升温和控温，可W在室温~1000°C范围内很好地 对样品材料温度进行控制，获得在此温度范围任意温度下材料的光电特性。具有很宽的温 度测量范围，进一步拓宽了本实用新型的应用领域。同时，样品所处加热区温度均匀稳定， 同时真空可排除了空气和水汽的干扰，保证薄膜材料测量的准确性和精度。
[0019] 3)本实用新型不仅可W广泛用于各种薄膜材料的测量，同时也可W实现块体材料 的测量。因此，本实用新型能广泛应用于各种材料的与温度相关的光电特性高精度测量。
【附图说明】
[0020] 图1为本实用新型测试装置一个实施例的结构示意图。
[0021] 图2为图1中样品测试台的结构示意图。
[0022] 图3为图1中电路切换控制模块的各部分的连接示意图。
[0023] 图4为使用本实用新型测试装置的石英基片上硫属相变薄膜样品的电阻和反射 光强同步变化曲线。（样品温升速率为7. 7°C/min)
【具体实施方式】
[0024] 本实用新型一种薄膜高温光电物性测试装置，如图1所示，包括温控真空管式炉、 样品测试台、温