一种探针的选择系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种探针的选择系统和方法，包括微控制单元、阵列开关、四探针扫描隧道显微镜、电流表和电压表；所述阵列开关分别与所述四探针扫描隧道显微镜的输出端、所述电流表和所述电压表的输入/输出端电性连接，所述微控制单元与所述阵列开关电性连接，控制阵列开关进行动作，以实现探针的选择通过阵列开关的切换，实现了对四探针输运测试系统的电路切换；通过操控软件的控制，更可以实现探针电路快速有效的切换，提高测量的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种探针的选择系统和方法
本专利技术属于输运测试设备领域，具体涉及一种输运测试的探针选择系统和方法。
技术介绍
随着半导体技术的迅速发展，集成化的程度也变得越来越高，电子设备中的电路尺寸变得越来越小，线宽已从微米级缩小到亚微米级，许多电子设备的性能都受到半导体材料的电阻率的影响，通过测量半导体材料的电阻率大小不仅可以得到该材料的掺杂浓度等信息，还有可能了解该器件的其他重要性能。因此，设备中半导体材料的电阻率必须非常精确，特别是微区薄层电阻，它的均匀性和电学特性已经受到了人们的广泛关注，绝大多数器件中的重要参数都与薄层电阻有密切的关系。薄层电阻相比于半导体材料，电阻更小且材质脆弱，现有的四探针电阻测试设备无法满足其测量要求，而传统的四探针电导率测试仪可测量微区薄层电阻，但测量范围一般在毫米量级，而测量微米级甚至是纳米量级微区电阻的主要手段是四探针扫描隧道显微镜(FourProbeScanningTunnelingMicroscopy，简称“4P-STM”)。四探针扫描隧道显微镜采用极细的STM针尖作为电极，利用SEM(ScanningElectronMicroscope，扫描电子显微镜)进行精确定位，可实现对单晶薄膜单畴区及多畴区电阻的测量。目前4P-STM的输运测试系统通常用双电测组合法，如图1所示，选择两个测试电极为输入电压或电流，其余两个为输出电压或电流。双电测组合法基于薄层原理，不需要尺寸修正，更适合小尺寸薄层样品的电阻测量，但由于4P-STM所测试的为微区电阻，信号非常微弱，双电测组合法需要在测试过程中需要经常交换电极的电压或电流的输入和输出功能，从而进行不同点位和方向的测试。这种频繁地切换电路连接的操作不但极不方便，还影响测量的稳定性。目前解决该问题的主要方法是设计线路切换电路，和数据采集卡配合实现电路连接的自动切换，常采用可控硅作为开关，但可控硅作为开关存在关闭漏电流串扰的问题。
技术实现思路
本专利技术专利所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种可控制探针电极程序化切换、选择、配对的探针选择系统和方法。为了实现上述的目的，本专利技术采用了如下的技术方案：在一个总体方面，提供一种探针的选择系统，其特征在于，包括微控制单元、阵列开关、四探针扫描隧道显微镜、电流表和电压表；所述阵列开关一端与所述四探针扫描隧道显微镜的四个输出端电性连接，另一端与所述四探针扫描隧道显微镜的四个测试端电性连接，所述四探针扫描隧道显微镜的四个输出端分别与四个探针电性连接，所述四探针扫描隧道显微镜的四个测试端分别与所述电流表和所述电压表的输入端和输出端电性连接，所述微控制单元与所述阵列开关电性连接，用于控制阵列开关的通断状态。优选的，还包括主控单元，所述主控单元与所述微控制单元电性连接，所述微控制单元用于根据所述主控单元的指令控制阵列开关的通断。优选的，所述阵列开关包括G6E-134P-US继电器开关。优选的，所述微控制单元包括ATMEGA64微处理器。优选的，所述阵列开关包括四行四列并排布置的16个继电器开关、四条行引线和四条列引线，所述继电器开关包括第一引脚和第二引脚，每行的第一引脚相互电性连接于同一条行引线，每列的第二引脚相互电性连接于同一条列引线。优选的，所述四探针扫描隧道显微镜的四个输出端分别与所述阵列开关的四条行引线电性连接，所述电流表和电压表的输入端和输出端分别与所述阵列开关的四条列引线电性连接。或者，所述四探针扫描隧道显微镜的四个输出端分别与所述阵列开关的四条列引线电性连接，所述电流表和电压表的输入端和输出端分别与所述阵列开关的四条行引线电性连接。优选的，所述主控单元的连接串口为RS232接口，输入和输出接口为BNC接口。在另一个总体方面，还提供一种探针的选择方法，使用所述的探针的选择系统，包括以下步骤：S01、输入阵列开关的通断指令；S02、所述微控制单元根据所述通断指令控制所述阵列开关中相应开关的通断；S03、通过所述电流表和所述电压表读取数据。本专利技术提供了一种可控制探针电极程序化切换、选择、配对的探针选择系统和方法，通过阵列开关的切换，实现了对四探针输运测试系统的探针电路快速有效的切换，提高测量的稳定性，有效避免了漏电流的串扰，可减少测试过程中的误差，尤其是微纳区域内微弱信号测量中的误差，提高测量的精确度。附图说明图1是4P-STM的输运测试系统示意图；图2是本专利技术的探针选择系统硬件连接关系示意图；图3是本专利技术的阵列开关结构示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，在对本专利技术的具体实施方式进行详细说明之前，先对
技术介绍
部分提到的现有技术结合附图加以说明。如图1所示，将四根探针以一定的压力垂直地压在被测样品表面上，选择两个测试电极为输入电压或电流，其余两个为输出电压或电流。测得电压与电流数据后，并根据测量方式和样品的尺寸不同，可分别根据不同的公式计算样品的电阻率，在测试过程中，需要获得多组数据对样品的电阻率进行分析，则交换电极的电压或电流的输入和输出功能，从而进行不同点位和方向的测试。在调换电极的操作过程中，会在开关时产生漏电流的串扰，引入测量误差。本专利技术所要解决的问题在于改善交换电极的电压或电流的输入和输出功能时电路切换不方便，易产生测量误差的问题。下面将结合附图对本专利技术的实施例做详细说明。如图2所示，本实施例的探针的选择系统包括微控制单元2、阵列开关3、四探针扫描隧道显微镜4、电流表5和电压表6；所述四探针扫描隧道显微镜4上设置有与电流表5的输入端连接的I+测试端、与电流表5的输出端连接的I-测试端、与电压表6的输入端连接的V+测试端、与电压表6的输出端连接的V-测试端和与探针电性连接的输出端01、02、03和04，所述阵列开关3一端与所述四探针扫描隧道显微镜4的四个测试端I+、I-、V+以及V-电性连接，另一端与所述四探针扫描隧道显微镜4上的输出端01、02、03以及04电性连接，所述微控制单元2与所述阵列开关3电性连接，所述微控制单元2可控制阵列开关3进行相对应的断开与闭合的动作来切换探针与电流表5和电压表6的连接电路，以实现探针的选择。作为一种优选的实施方式，本实施例的探针的选择系统还包括主控单元1，所述主控单元1包括计算机，所述计算机与所述微控制单元2电性连接，计算机上搭载了Windows操作系统并运行有所述微控制单元2的操作软件，所述微控制单元2通过接收所述计算机上操作软件的指令控制阵列开关3进行相对应的动作。作为一种优选的实施方式，所述微控制单元2由以ATMEGA64微处理器为核心的电路构成，ATmega64是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega64的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以快速有效的完成阵列开关的切换与探针的选择。作为一种优选的实施方式，所述阵列开关3包括G6E-134P-US继电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种探针的选择系统，其特征在于，包括微控制单元(2)、阵列开关(3)、四探针扫描隧道显微镜(4)、电流表(5)和电压表(6)；所述阵列开关(3)一端与所述四探针扫描隧道显微镜(4)的四个输出端电性连接，另一端与所述四探针扫描隧道显微镜(4)的四个测试端电性连接，所述四探针扫描隧道显微镜(4)的四个输出端分别与四个探针电性连接，所述四探针扫描隧道显微镜(4)的四个测试端分别与所述电流表(5)和所述电压表(6)的输入端和输出端电性连接，所述微控制单元(2)与所述阵列开关(3)电性连接，用于控制阵列开关(3)的通断状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种探针的选择系统，其特征在于，包括微控制单元(2)、阵列开关(3)、四探针扫描隧道显微镜(4)、电流表(5)和电压表(6)；所述阵列开关(3)一端与所述四探针扫描隧道显微镜(4)的四个输出端电性连接，另一端与所述四探针扫描隧道显微镜(4)的四个测试端电性连接，所述四探针扫描隧道显微镜(4)的四个输出端分别与四个探针电性连接，所述四探针扫描隧道显微镜(4)的四个测试端分别与所述电流表(5)和所述电压表(6)的输入端和输出端电性连接，所述微控制单元(2)与所述阵列开关(3)电性连接，用于控制阵列开关(3)的通断状态。


2.根据权利要求1所述的探针的选择系统，其特征在于，还包括主控单元(1)，所述主控单元(1)与所述微控制单元(2)电性连接，所述微控制单元(2)用于根据所述主控单元(1)的指令控制阵列开关(3)的通断。


3.根据权利要求2所述的探针的选择系统，其特征在于，所述阵列开关(3)包括G6E-134P-US继电器开关。


4.根据权利要求2所述的探针的选择系统，其特征在于，所述微控制单元(2)包括ATMEGA64微处理器...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈爱喜，王利，李坊森，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32