[发明专利]二维磁场探针台测量系统

说明书

技术领域

本发明属于物理及半导体测量技术领域，具体为一种二维磁场探针台测量系统。

背景技术

探针台在物理及半导体领域是一种应用广泛的非破坏性测试手段，可以对材料或器件的电学特性、光电特性、高频特性（射频、微波、毫米波、太赫兹波）等测量提供一个平台。磁场探针台可提供磁场并施加于材料或器件，研究它们在磁场下的相关特性，其典型应用包括磁学、自旋电子学、半导体物理与器件、量子器件等。

目前，磁场探针台被广泛应用，但它存在不足之处：现有的磁场探针台主要提供一个维度（方向）的磁场，不能满足研究材料或器件随磁场方向变化的特性等需求；并且它能够放置的探针座和探针较少，使得进行一些更为复杂的测量变得困难。

发明内容

本发明的目的在于提出一种二维磁场探针台测量系统，以解决现有磁场探针台不能改变磁场方向、可放置探针座和探针较少的问题，可有效改变磁场方向，根据需要设置探针座和探针的数量，可广泛应用于物理及半导体测量的各种场景。

本发明的技术方案如下：

二维磁场探针台测量系统，其特征在于包括：

一个基座，用于承载和固定其它部件；

一个二维磁场电磁铁，用于产生二维磁场，固定于基座上；

一个载物台卡盘，用于放置待测的样品，位于二维磁场电磁铁磁极中央并固定于基座上；

一个中间开口的探针平台，用于承载和固定探针座，位于二维磁场电磁铁的上方，中间开口正对于载物台卡盘的上方；

多个匹配安装的探针座和探针，用于接触载物台卡盘上的样品；探针座和探针沿探针平台的中间开口均匀环绕分布；探针平台的中间开口设计使得可以放置更多的探针座和探针，从而实现二维磁场环境下更为复杂的直流及高频探针测量；

多个直流及高频仪器，通过线缆连接探针测量磁场环境下的样品；

一套显微测量装置，用于观测探针针尖和样品并进行操作。

所述二维磁场电磁铁为平卧的四极电磁铁，四极通过闭合的框架轭铁固定，两两相对并互相垂直，中间留有空隙；相对两极的线圈串联形成一对，四个线圈组成相互垂直的两对。利用一个励磁电源给其中一对线圈提供电流，获得一维磁场；利用第二个励磁电源给另一对线圈提供电流，获得与前述一维磁场垂直的另一维磁场；通过调节两个励磁电流的方向和大小，这二维磁场可合成平面内任意方向、任意大小（一定范围内）的磁场。计算机可控制二个励磁电源，从而实现对二维磁场的控制。四极结构可作变化使二维磁场整体向上平移。

样品通过真空吸附固定于载物台卡盘上，感受二维磁场；载物台卡盘可进行XYZ轴三维移动，通过加热或制冷满足变温需求。

所述探针平台通过若干过均匀设置的支柱固定于基座上。

当探针平台的表面光滑时，探针座为真空吸附型，通过真空吸附固定于探针平台上表面；当探针平台为光学面包板时，探针座上设置固定槽，通过螺丝配合固定槽将探针座固定于探针平台上。

所述探针座可进行XYZ轴调节，从而使探针通过开口接触载物台卡盘上的样品；所述探针可进行XYZ轴三维微调，针通过线缆连接相应的直流及高频仪器测量磁场环境下的样品。所述探针座和探针为直流、高频型，高频包含射频、微波、毫米波和太赫兹波频段。

所述直流及高频仪器包括电流源表、纳伏表、半导体参数分析仪、锁相放大器、高频信号源、高频频谱仪、高频矢量网络分析仪等。

所述显微测量装置通过探针平台边缘的立柱固定，显微测量装置的光学显微镜可三维移动，搭载CCD摄像机进行成像显示。

所述探针平台的边缘处设置有一垂直板，垂直板上安装有转接头阵列、空气开关阵列；转接头用于直流及低频线缆的转接，空气开关用于控制载物台卡盘、吸附型探针座的空气线路通断。

计算机通过数据控制线连接励磁电源、直流及高频仪器、显微测量装置等，通过编写的软件进行磁场大小和方向控制、仪器自动控制、数据采集和处理等，形成集成化智能化的二维磁场探针台测量系统。

本发明的有益效果如下：