一種極端環境下的高阻值測量設備制造技術

本實用新型專利技術公開了一種極端環境下的高阻值測量設備，包括環境測控裝置、液氦杜瓦、靜電計、樣品桿、環形連接件和阻值測控裝置，其中，樣品桿底端安裝樣品托，頂端固定安裝環形連接件，環形連接件頂端安裝BNC接頭，樣品托與BNC接頭通過雙層同軸屏蔽線相連；待測樣品固定在樣品桿底端的樣品托上，并和樣品桿一起置于液氦杜瓦腔內；環境測控裝置輸入端與液氦杜瓦相連，其輸出端與阻值測控裝置第一輸入端相連；靜電計輸入端與安裝在樣品桿頂端的BNC接頭相連，其輸出端與阻值測控裝置第二輸入端相連。本實用新型專利技術能夠實現待測高阻值樣品在極端環境下的高阻值掃描測量，具有結構簡單、操作方便且輻射干擾少的優點。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
一種極端環境下的高阻值測量設備
本技術涉及高阻值材料電特性的測量技術，具體涉及到一種極端環境下的高阻值測量設備。
技術介紹
極端環境通常是指如高溫、低溫、強磁場、強輻射、高壓等環境條件。高阻值指物質電阻率較大，普通電阻測量儀表量程不足以測量得到物質的精確阻值。高阻值測量的任務是在規定條件下(溫度、濕度、大氣壓等)以一定準確度確定被測對象的電阻值及與電阻值相關的影響量特性。在材料學、物理學、電化學、生物科學等諸多應用研究領域中，極低溫、強磁場的極端測量環境均有很重要的意義以及大量的需求。在極低溫環境下的超導現象；在強磁場環境下的巨磁阻效應；以及二者皆有的環境下出現的磁電耦合效應，都具有重要的應用價值。電特性參數是這些現象或者效應中的重要測量對象，對于一些電阻值特別大的樣品，例如半導體或者絕緣體，測量流經樣品本身的微弱電信號的變化就可以研究樣品性質的改變。目前美國 Quantum Design 公司的物性測量系統(Physics Property MeasurementSystem，簡稱PPMS)提供了應用研究中所需的極端環境并集成全自動的電特性測量任務。然而該系統的電特性測量功能僅適用于普通電阻值的樣品，測量范圍為10ηΩ-56Ω。面對高阻值(>56Ω)的半導體或者絕緣體樣品，PPMS自身的測量模塊就會超出量程，無法滿足高阻值測量要求。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本技術提供了一種極端環境下的高阻值測量設備，其最主要目的是直觀準確地實現待測樣品在低溫強磁場極端環境下的高阻值測量。為實現上述目的，本技術提供了一種極端環境下的高阻值測量設備，其特征在于，包括環境測控裝置、液氦杜瓦、靜電計、樣品桿、環形連接件和阻值測控裝置，其中，所述樣品桿為環氧套管，其底端安裝樣品托，頂端固定安裝環形連接件，將與所述環形連接件內環直徑相匹配的BNC接頭固定在環形連接件上，樣品托與所述BNC接頭通過置于樣品桿內部的雙層同軸屏蔽線相連；待測樣品固定在所述樣品桿底端的樣品托上，并和樣品桿一起置于液氦杜瓦腔內；所述環境測控裝置輸入端與所述液氦杜瓦相連，其輸出端與所述阻值測控裝置第一輸入端相連，環境測控裝置內置環境數據采集器和環境數據控制器，其中環境數據采集器通訊端與環境數據控制器通訊端相連；所述靜電計輸入端通過三層同軸屏蔽線與安裝在環形連接件上的BNC接頭相連，其輸出端與阻值測控裝置第二輸入端相連。環境數據控制器根據測量需要設定目標溫度值與溫度控制模式以及磁場值與磁場控制模式后開始工作，發送環境控制信號至液氦杜瓦腔內，腔內溫度和磁場在環境數據控制器的控制作用下直至達到目標值后保持穩定；與此同時，環境數據采集器采集液氦杜瓦內的溫度和磁場值并經由環境測控裝置輸出端傳送至阻值測控裝置第一輸入端。作為進一步優化的，所述阻值測控裝置包括測量控制器、數據采集器和數據處理器。測量控制器的輸出端與數據采集器輸入端相連，數據采集器輸出端與數據處理器輸入端相連。測量控制器發送循環控制信號至靜電計使得靜電計開始工作并循環測量待測樣品的電阻值數據，數據采集器同時采集經靜電計測量得到的電阻值數據和經環境數據采集器測量得到的環境數據(溫度和磁場值)，并通過其輸出端傳送至數據處理器，數據處理器即時顯示并存儲電阻值、溫度和磁場數據，與此同時，即時輸出電阻值隨磁場變化以及電阻值隨溫度變化的數據圖形。作為進一步優化的，所述環境測控裝置輸出端通過RJ45接口總線與阻值測控裝置第一輸入端相連。作為進一步優化的，所述靜電計輸出端通過GPIB接口總線與阻值測控裝置第二輸入端相連。作為進一步優化的，所述環境數據采集器內置溫度傳感器和磁場傳感器。總體而言，本技術相比現有技術具有以下優點:該技術解決了現有技術中極端環境下高阻值樣品電阻值難以測量的困難，實現了極端環境中的高阻值樣品電阻值的掃描測量，以滿足絕大多數半導體材料和絕緣材料電阻值測量的要求；此外，該系統采用多層屏蔽線的方式減少傳導干擾與輻射干擾，使得測量結果更為準確可靠；同時該系統還具有結構簡單、操作方便且溫度值、磁場值與待測樣品阻值可即時顯示的優點。【附圖說明】圖1為本技術的測量系統結構示意圖；圖2為環境測控裝置連接結構示意圖。在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:1-環境測控裝置、10-環境數據采集器、11-環境數據控制器、2-液氦杜瓦、3-待測樣品、4-靜電計、5-樣品桿、6-阻值測控裝置、7-雙層同軸屏蔽線、8-三層同軸屏蔽線、9-待測樣品、13-環形連接件【具體實施方式】為了使本技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本技術，并不用于限定本技術。此外，下面所描述的本技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。如圖1所示，一種極端環境下的高阻值測量設備，該系統包括環境測控裝置1、液氦杜瓦2、待測樣品3、靜電計4、樣品桿5、環形連接件13和阻值測控裝置6，其中，所述樣品桿5為環氧套管，其底端安裝樣品托，頂端固定安裝環形連接件13，將與所述環形連接件13內環直徑相匹配的BNC接頭固定在環形連接件13上，樣品托與所述BNC接頭通過置于樣品桿5內部的雙層同軸屏蔽線7相連；環境測控裝置I輸入端與液氦杜瓦2輸出端相連，環境測控裝置I輸出端通過RJ45接口總線與阻值測控裝置6第一輸入端相連，用于控制并采集液氦杜瓦2腔內的環境數據；靜電計4輸入端通過三層同軸屏蔽線8與安裝在樣品桿5頂端的BNC接頭相連，其輸出端通過GPIB接口總線與阻值測控裝置6第二輸入端相連，用于測量待測樣品的電阻值。如圖2所示，環境測控裝置I內置環境數據采集器10和環境數據控制器11，環境數據控制器11設定目標溫度和磁場值以及控制單元后開始工作，發送環境控制信號至液氦杜瓦腔內溫度和磁場值在環境數據控制器11的控制作用下直至達到設定目標值后保持穩定；與此同時，環境數據采集器10采集液氦杜瓦2內的溫度和磁場值并經由環境測控裝置I輸出端傳送至阻值測控裝置6第一輸入端。阻值測控裝置6內置測量控制器、數據采集器和數據處理器。測量控制器的輸出端與數據采集器輸入端相連，數據采集器輸出端與數據處理器輸入端相連。測量控制器發送循環控制信號至靜電計4使得靜電計4開始工作并循環測量待測樣品3的電阻值數據，數據采集器同時采集經靜電計4測量得到的電阻值數據和經環境數據采集器10測量得到的溫度和磁場值，并通過其輸出端傳送至數據處理器，數據處理器在即時顯示并存儲電阻值、溫度和磁場數據的同時，即時輸出電阻值隨磁場變化和電阻值隨溫度變化的數據圖形。本技術中，環境測控裝置可選用PPMS ;靜電計可選用南京長盛CS2676CX程控數字超高阻計、上海精科PC68數字式高阻計、吉時利6517B或安捷倫4349B高阻測試儀中的任意一種，優選吉時利6517B靜電計。本技術中，所述極端環境的極低溫度范圍為1.8K?400K，溫度掃描速率為0.01?8K/min。所述極端環境的強磁場范圍為±16T,分辨率為0.1Oe,磁場穩定性為Ippm/h，變場速率為10?2000e本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種極端環境下的高阻值測量設備，其特征在于，包括環境測控裝置、液氦杜瓦、靜電計、樣品桿、環形連接件和阻值測控裝置，其中，所述樣品桿為環氧套管，其底端安裝樣品托，頂端固定安裝環形連接件，將與所述環形連接件內環直徑相匹配的BNC接頭固定在環形連接件上，樣品托與所述BNC接頭通過置于樣品桿內部的雙層同軸屏蔽線相連；待測樣品固定在所述樣品桿底端的樣品托上，并和樣品桿一起置于液氦杜瓦腔內；所述環境測控裝置輸入端與所述液氦杜瓦相連，其輸出端與所述阻值測控裝置第一輸入端相連，環境測控裝置內置環境數據采集器和環境數據控制器，其中環境數據采集器通訊端與環境數據控制器通訊端相連；所述靜電計輸入端通過三層同軸屏蔽線與安裝在環形連接件上的BNC接頭相連，其輸出端與阻值測控裝置第二輸入端相連。

【技術特征摘要】
1.一種極端環境下的高阻值測量設備，其特征在于，包括環境測控裝置、液氦杜瓦、靜電計、樣品桿、環形連接件和阻值測控裝置，其中，所述樣品桿為環氧套管，其底端安裝樣品托，頂端固定安裝環形連接件，將與所述環形連接件內環直徑相匹配的BNC接頭固定在環形連接件上，樣品托與所述BNC接頭通過置于樣品桿內部的雙層同軸屏蔽線相連；待測樣品固定在所述樣品桿底端的樣品托上，并和樣品桿一起置于液氦杜瓦腔內；所述環境測控裝置輸入端與所述液氦杜瓦相連，其輸出端與所述阻值測控裝置第一輸入端相連，環境測控裝置內置環境數據采集器和環境數據控制器，其中環境數據采集器通訊端與環境數據控制器通訊端相連；所述靜電計輸入端通過三層同軸屏蔽線與安裝在環形連接件上的BNC接頭相連，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王業率，夏正才，李亮，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：新型
國別省市：湖北;42