CN113419157A - 适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统，包括：柜体，形成有一个柜内空间，试样罐体，形成有一个罐体空间；磁性元件，使罐体空间具有预设磁场；冷源装置，形成有一个用于容纳冷源介质的冷源空间；介质导管，使罐体空间和冷源空间连通；升降立柱，设置于柜体上方；升降滑台，能沿第一方向相对升降立柱滑动；试样夹板，相对升降滑台转动；其中，罐体空间顶部设有罐体开口，柜体设有柜体开口以使罐体开口露出柜体；升降滑台滑动到预设位置时试样夹板容纳在罐体空间中存在预设磁场的区域。本申请的有益之处在于提供一种结构合理可靠并且降温方案较为安全的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统及测试方法。

Description

适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统及测试方法

技术领域

本申请涉及一种电性能的测试装置及测试方法，适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统及测试方法。

背景技术

现有的半导体低温变温磁电性能的测试往往采用液氮而获得所需的低温环境，然后液氮降温设备不但设备体积较大，并且由于液氮超低温，在具体操作时，需要保证液氮不能溢出以保证人员安全，所以其操作十分繁琐而且存在安全隐患。尤其对于实验室而言，液氮降温无法适配实验室需要的灵活调整温度，频繁更换试样的需求。

发明内容

为了解决现有技术的不足之处，本申请提供一种适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统，包括：柜体，形成有一个柜内空间，试样罐体，至少部分容纳在柜体空间中并形成有一个罐体空间；磁性元件，容纳在柜体空间至少位于试样罐体的两侧以使罐体空间具有预设磁场；冷源装置，至少部分容纳在柜体空间中并形成有一个用于容纳冷源介质的冷源空间；介质导管，容纳在柜体空间中且分别连接至试样罐体和冷源装置以使罐体空间和冷源空间连通；升降立柱，设置于柜体上方；升降滑台，滑动连接至升降立柱以使升降滑台能沿第一方向相对升降立柱滑动；试样夹板，转动连接至升降滑台以使试样夹板能绕第一轴线相对升降滑台转动；其中，罐体空间顶部设有罐体开口，柜体设有与罐体开口对应的柜体开口以使罐体开口露出柜体；试样夹板设置在罐体开口正上方以使升降滑台滑动到预设位置时试样夹板容纳在罐体空间中存在预设磁场的区域。

进一步地，适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统还包括：封闭活塞，连接至升降滑台以使封闭活塞能随着升降滑台移动至封闭罐体开口的位置。

进一步地，适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统还包括：气流元件，设置在冷源空间中以产生使冷源介质流动的气流。

进一步地，介质导管的数目为2，它们分别连接至试样罐体和冷源装置不同位置以使罐体空间和冷源空间的气流构成环形流动。

进一步地，冷源装置包括：装置本体，用于围成冷源空间；中间隔板，用于将冷源空间隔成用于填加固体干冰的加料空间和回收气化干冰的回收空间。

进一步地，适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统还包括：冷源检测探头，用于检测冷源空间中温度参数；冷源检测探头设置在冷源装置的回收空间中。

进一步地，冷源装置还包括：内置笼体，穿过中间隔板并围成一个笼内空间。

进一步地，气流元件包括一个风扇，风扇设置于内置笼体中。

进一步地，气流元件设置于与中间隔板对齐的位置。

进一步地，冷源装置还包括：装置舱门，转动连接至装置本体以使用户能从装置舱门的一侧冷源空间。

本申请还提供一种适用于半导体低温变温磁电性能的测试方法，该使用如前的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统。

本申请的有益之处在于：提供一种结构合理可靠并且降温方案较为安全的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统及测试方法。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请一种实施例的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统的立体结构示意图；

图2是图1所示的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统的冷源空间在打开状态下的结构示意图；

图3是图1所示的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统中升降滑台等的结构示意图；

图4是图1所示的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统内部结构第一视角的结构示意图；

图5是图1所示的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统内部结构第二视角的结构示意图；

图6是图1所示的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统内部结构第三视角的结构示意图；

图7是图1所示的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统中的冷源装置的结构示意图；

图8是图7中内置笼体和气流元件的结构示意图；

图9是图7所示结构从另一角度观察的结构示意图；

图10是本申请另一个实施例的升降立柱等结构的示意图；

图11是图10中局部结构示意图；

图12是图11所示的结构从另一视角观察的示意图。

图中附图标记的含义：

适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统100，柜体101，柜内空间1011，柜体舱门1012，支撑框架1013，柜体钣金1014，柜体开口1015，试样罐体102，罐体开口1021，磁性元件103，冷源装置104，装置本体1041，中间隔板1042，内置笼体1043，装置舱门1044，介质导管105，升降立柱106，升降滑台107，试样夹板108，封闭活塞109，气流元件110，冷源检测探头111，试样检测探头112，连杆113，升降电机114，滚珠丝杠115，丝杠支架116，夹持装置117，角度电机118。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参照图1至图9所示，本申请的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统包括：柜体、试样罐体、磁性元件、冷源装置、介质导管、升降立柱、升降滑台、试样夹板、封闭活塞、气流元件、冷源检测探头、试样检测探头等。

其中，柜体可以由若干支撑框架和柜体钣金组合而成，其至少具有一个柜内空间，柜体可以被构造具有多层结构以放置相应的电源设备、控制设备以及检测设备等。

作为优选方案，柜体具有一个可以转动或滑动打开的柜体舱门（图中为转动打开），以便用户能够打开柜体，从而进行为冷源装置添加冷源介质等活动。

试样罐体大致被构造为一个除了顶部设有罐体开口以及与介质导管对接部分以外其余部分为密封的结构；试样罐体的顶部的罐体开口为了使能够试样夹板能够插入至试样罐体中。

在试样罐体的相对两侧设有磁性元件，它们使罐体空间具有预设磁场。作为优选方案，试样罐体由分金属材料制成，其也可以由多种材料复合而成，这些复合材料中可以选取导热系数较低的材料制成。

冷源装置形成有一个用于容纳冷源介质的冷源空间，介质导管分别连接至试样罐体和冷源装置以使罐体空间和冷源空间连通。这样冷源装置中的冷源介质可以流动至试样罐体从而使罐体空间的环境温度下降，即试样夹板所装夹的试样的环境温度下降，从而检测其低温性能。

作为进一步的优选方案，可以在试样罐体、介质导管以及冷源装置的外侧附加保护层，比如保温泡沫层或保温锡纸层等。

试样夹板用于装夹待检测的半导体芯片，其转动连接至升降滑台以使试样夹板能绕第一轴线相对升降滑台转动，转动可以改变半导体芯片与磁场的相对位置以实现性能检测的需求。

升降立柱设置于柜体上方；升降滑台滑动连接至升降立柱以使升降滑台能沿第一方向相对升降立柱滑动。升降立柱用于导向升降滑台的滑动并对其构成支撑，升降滑台可以使试样夹板在需要检测时伸入到罐体空间中，而在需要更换时则可以从而罐体空间中退出进行更换或重新装夹。

作为具体方案，为了使试样夹板穿过柜体，柜体设有与罐体开口对应的柜体开口以使罐体开口露出柜体；试样夹板设置在罐体开口正上方以使升降滑台滑动到预设位置时试样夹板容纳在罐体空间中存在预设磁场的区域。

作为优选方案，如图10至图12所示，试样夹板设有夹持装置和检测所需的接线端子（图中未示出），另外，为了获取试样所在空间的环境问题，本申请还设置有一个试样检测探头以用来检测温度，该试样检测探头固定安装至试样夹板且能随试样夹板移动，作为优选方案，试样检测探头可以为一个热电偶。

夹持装置可以包括若干个具有一定弹性的金属夹片构成，它们与试样检测探头分别位于试样夹板的相对的两侧。

作为优选方案，如图10至图12所示，本申请还设有一个角度电机，该角度电机的机体与封闭活塞109构成固定连接，其电机轴止转连接至试样夹板，这样角度电机转动时会转动试样从而调整其与磁场的角度，从而实现低温变磁场的检测，而不用再升高试样夹板进行调整，造成介质外泄和温度损失。

作为优选方案，为了保证罐内空间的温度符合要求，防止冷源介质外泄，在试样夹板的上方固定有一个封闭活塞。该封闭活塞连接至升降滑台以使封闭活塞能随着升降滑台移动至封闭罐体开口的位置。

作为具体的优选方案，封闭活塞可以由软性材料制成，比如高分子材料，从形态而言，可以由泡沫材料制成。从形状而言，封闭活塞可以被构造为多层结构，以进一步保证保温效果。另外，封闭活塞可以被构造为具有倾角的结构，随着升降滑台的下降，其会越来越贴紧试样罐体的内壁。

为了方便试样夹板转动，作为优选方案，试样罐体的内壁被构造为圆柱面的一部分。相应的，封闭活塞具有回转体结构。

作为优选方案，试样夹板和封闭活塞可以通过连杆连接至升降滑台。

作为扩展技术方案，升降立柱可以由一个直线电机的电机本体构成，升降滑台则安装在直线电机的滑块上，这样当直线电机运行时可以实现自动升降功能。

如图10所示，本申请的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统还包括：升降电机、滚珠丝杠、丝杠支架。其中，升降电机固定安装至升降立柱，升降电机的电机轴连接至滚珠丝杠，在电机轴转动时，滚珠丝杠同步转动，升降滑台设有能与滚珠丝杠的外螺纹配合的螺纹孔，同时由于滑轨的止转作用，在升降电机驱动滚珠丝杠转动时，升降滑台可以随着升高或降低，同时带动试样夹板和封闭活塞升高或降低。丝杠支架与升降立柱构成固定连接，丝杠支架与滚珠丝杠构成转动连接。

如图4至图9所示，气流元件设置在冷源空间中以产生使冷源介质流动的气流，作为具体方案，气流元件可以一个风扇。为了节约冷源介质以及调整试样环境温度，介质导管的数目为2，它们分别连接至试样罐体和冷源装置不同位置以使罐体空间和冷源空间的气流构成环形流动。通过环流的速度，可以调整罐体空间内的温度。

作为进一步地的方案，冷源装置包括：装置本体、中间隔板、内置笼体和装置舱门。其中，装置本体用于围成冷源空间，装置本体可以泡沫材料等保温材料制成，其也可以是多层材料，其外层具有相对较高的硬度以保护内部，其内部为保温效果较好的材料制成。

中间隔板用于将冷源空间隔成用于填加固体干冰的加料空间和回收气化干冰的回收空间，用户在使用时，将固体干冰作为原料填加到加料空间中，固体干冰会挥发产生气体干冰，气流元件产生气流将气体干冰送入至罐内空间，由于环流设计，从罐内空间收回的干冰气体进入回收空间，通过这样循环方式，循环速度越快，罐内空间的温度越低。冷源检测探头用于检测冷源空间中温度参数；冷源检测探头设置在冷源装置的回收空间中。

作为优选方案，内置笼体穿过中间隔板并围成一个笼内空间，气流元件包括一个风扇，该风扇设置于内置笼体中，气流元件设置于与中间隔板对齐的位置。这样一来，除了内置笼体构建的通道，回收空间气流无法穿过中间隔板，随意回收的气体干冰与加料空间中固体干冰的热交换完全通过笼内空间才得以实现，这样一来通过控制风扇即可以实现对热交换速度调整从而控制到达罐体空间冷源介质温度的密度。

作为进一步地方案，就气流元件产生的气流而言，所述加料空间位于所述回收空间的下游方向。另外，可以在介质导管处设有阀门以控制加料空间气流的流出速度（绝对情况为关闭流出）和回收空间气流的回流速度（绝对情况为关闭回流）。

装置舱门转动连接至装置本体以使用户能从装置舱门的一侧冷源空间，其主要作用在于使用户便于添加冷源介质。作为优选方案，冷源介质可以选用干冰，也可以选用其他具有类似效果的材料。

本申请还提供一种适用于半导体低温变温磁电性能的测试方法，该使用如前的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统。其具体步骤如下：

将试样装夹至试样夹板；

然后滑动升降滑台使试样夹板置入罐体空间中；

驱动气流元件将冷源装置的冷源介质输送至罐体空间中；

采集试样检测探头的温度参数，如果高于预设温度，则使气流元件加速气流流动，如果低于预设温度，则使气流元件降低气流流动速度；

使预设温度分别被设置为实验所需变温的温度参数，然后当温度稳定时，进行电学性能的检测。

具体调节驱动气流元件可以采用调节驱动风扇电机的占空比来实现。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统，其特征在于：

所述适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统包括：

柜体，形成有一个柜内空间，

试样罐体，至少部分容纳在所述柜体空间中并形成有一个罐体空间；

磁性元件，容纳在所述柜体空间至少位于所述试样罐体的两侧以使所述罐体空间具有预设磁场；

冷源装置，至少部分容纳在所述柜体空间中并形成有一个用于容纳冷源介质的冷源空间；

介质导管，容纳在所述柜体空间中且分别连接至所述试样罐体和冷源装置以使所述罐体空间和冷源空间连通；

升降立柱，设置于所述柜体上方；

升降滑台，滑动连接至所述升降立柱以使所述升降滑台能沿第一方向相对所述升降立柱滑动；

试样夹板，转动连接至所述升降滑台以使所述试样夹板能绕第一轴线相对所述升降滑台转动；

其中，所述罐体空间顶部设有罐体开口，所述柜体设有与所述罐体开口对应的柜体开口以使所述罐体开口露出所述柜体；所述试样夹板设置在所述罐体开口正上方以使所述升降滑台滑动到预设位置时所述试样夹板容纳在所述罐体空间中存在所述预设磁场的区域；所述冷源装置所容纳的冷源介质为干冰。

2.根据权利要求1所述的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统，其特征在于：

所述适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统还包括：

封闭活塞，连接至所述升降滑台以使所述封闭活塞能随着升降滑台移动至封闭所述罐体开口的位置。

3.根据权利要求2所述的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统，其特征在于：

所述适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统还包括：

气流元件，设置在所述冷源空间中以产生使所述冷源介质流动的气流。

4.根据权利要求3所述的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统，其特征在于：

所述介质导管的数目为2，它们分别连接至所述试样罐体和冷源装置不同位置以使所述罐体空间和冷源空间的气流构成环形流动。

5.根据权利要求4所述的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统，其特征在于：

所述冷源装置包括：

装置本体，用于围成所述冷源空间；

中间隔板，用于将所述冷源空间隔成用于填加固体干冰的加料空间和回收气化干冰的回收空间。

6.根据权利要求5所述的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统，其特征在于：

所述适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统还包括：

冷源检测探头，用于检测所述冷源空间中温度参数；

所述冷源检测探头设置在所述冷源装置的回收空间中。

7.根据权利要求6所述的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统，其特征在于：

所述冷源装置还包括：

内置笼体，穿过所述中间隔板并围成一个笼内空间。

8.根据权利要求7所述的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统，其特征在于：

所述气流元件包括一个风扇，所述风扇设置于所述内置笼体中。

9.根据权利要求8所述的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统，其特征在于：

所述风扇设置于与所述中间隔板对齐的位置。

10.一种适用于半导体低温变温磁电性能的测试方法，其特征在于，使用如权利要求3至9任意一项所述的适用于半导体低温变温磁电性能的测试系统；

所述适用于半导体低温变温磁电性能的测试方法包括：

将试样装夹至试样夹板；

然后滑动升降滑台使试样夹板置入罐体空间中；

驱动气流元件将冷源装置的冷源介质输送至罐体空间中；

采集试样检测探头的温度参数，如果高于预设温度，则使气流元件加速气流流动，如果低于预设温度，则使气流元件降低气流流动速度；

使预设温度分别被设置为实验所需变温的温度参数，然后当温度稳定时，进行电学性能的检测。

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