用于多点探针的电反馈探测系统技术方案

一种电反馈探测系统，其用于探测多点探针和电传导材料测试样品表面之间的电接触。该电反馈探测系统包括电探测器单元，其连接至多点探针中的电极组，并且可选地直接到测试样品表面。该探测器单元向多点测试设备提供电信号，该设备可被用于确定多点探针是否与测试样品表面有电接触。该探测器单元包括用于产生电信号的电发生器装置，通过多点探针的第一电极组和第二开关阻抗探测元件组驱动该电信号。跨越阻抗探测元件的电势确定了对测试样品表面的电接触。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的来说涉及一种电反馈探测系统，其用于探测多点探针和局部导电、半导电或超导材料测试样品表面之间的体接触和/或紧密接近，和进一步涉及控制多点探针和材料测试样品表面的相对位置的技术，并且特别涉及一种用于多点探针和多点测试设备的电反馈探测系统，该多点探针和多点测试设备在欧洲专利申请EP 98610023.8(Petersen)、国际专利申请PCT/DK99/00391(Capres ApS等人)、欧洲专利申请EP 99932677.0(Capres ApS)、欧洲专利申请EP 99610052.5(Petersen等人)和国际专利申请PCT/DK00/00513(Capres ApS等人)中进行了描述。相关领域描述从文献中已熟知了涉及单探针电极控制方法的扫描隧穿显微镜，其中单探针电极面向传导样品表面；参看例如Binnig和Rohrer，Scanning tunneling microscopy，Helv，Phys.Acta，vol.55，pg.355(1982)。扫描隧穿显微镜包括传导样品和探针，如附图说明图1(a)所示。如果探针和样品由很短的距离d隔开并且在此两者之间存在电势V，则在探针和样品之间流过隧穿电流I∝e-Φd]]>是材料的平均功函数。如果距离d在1nm的级别上，则可以产生可探测到的电流。图1(b)示出了完整的扫描隧穿设备的示意图，该扫描隧穿设备能够在不同的测试位置将探针放置在距测试样品隧穿距离内，由此产生纳米级的地形图和测试样品的电特征。图2(a)-(b)示出了传统的四点探针的示意图(参看例如S.M.Sze，Semiconductor devices-Physics and Technology，Wiley New York(1985)，和已公开的国际专利申请WO 94/11745)。该传统的四点探针包括如图2(a)所示的四个呈直线配置的电极。通过在两个外围的电极上施加电流可以测量内部的两个电极之间的电压。这使得可以通过等式ρ＝c·(V/I)确定测试样品的表面电阻率，其中V是测得的电压而I是施加的电流，并且其中c是由四点探针的电极间距和测试样品的尺寸确定的几何因子。图2(b)示出了连接到该四点探针的电路的原理图。图3(a)-(b)示出了传统的显微镜可见的多点探针的示意图(参看例如已公开的欧洲专利申请EP 1085327A1)。图3(a)示出了多点探针，其包括支撑体和传导探针臂组，该传导探针臂自支撑体的基部自由地伸出。图3(b)示出了多点测试设备，其是实现用于使用显微镜可见的多点探针来测量测试样品电特性的机械和电气装置。本专利技术的一个目的在于提供一种新型的电探测器机构，其允许探测多点探针和样品测试材料表面之间的体接触或其他电接触。本专利技术特别的优势涉及这一事实，即新型的电探测器机构允许探测多点探针电极组之间的电连接，从而给出多点探针电极组的电接触信息。本专利技术的特定特征是新型的电探测器机构不需要肉眼可见的导电样品表面，从而提供了对任何包含局部电气路径的材料表面的电接触的探测，该局部电气路径是在多点探针的特定位置处的若干多点探针电极之间的路径。通过根据本专利技术的用于探测对测试样品特定位置的电接触的电反馈控制系统，获得了上述目的、上述优势和上述特征以及许多其他的通过下文的本专利技术的优选实施例的详细描述而将显而易见的优势和特征，其中该电反馈控制系统包括(a)电发生器设备，其连接至多点探针的第一电极组；(b)第二开关阻抗探测元件组，其连接所述多点探针的所述第一电极组；和(c)电探测器装置，其用于探测来自跨越所述第二开关阻抗探测元件组的电信号的测量信号。本专利技术的技术特征，即通过利用流入多点探针电极的电信号探测多点探针和测试样品的测试位置之间的接触，避免了在基于显微镜悬臂的多点电极的情况下使用激光偏转探测机构，该激光偏转探测机构使传统光学反馈控制系统得到极大简化，该传统光学反馈控制系统是用于基于显微镜悬臂的测试设备，诸如原子力显微镜和扫描电阻显微镜。根据本专利技术连接至第一多点探针电极组的电发生器装置通过在测试位置处的测试样品发送发生器信号，根据特定的探测需要，诸如对电阻、电感、电容或其组合的灵敏度，该电发生器信号为电流或电压、脉冲信号或多个脉冲信号，具有正弦、方形、三角形信号内容或其组合的DC或AC，其范围从LF到HF，如本优选实施例的电发生器信号具有LF正弦AC电流信号。根据本专利技术的多点探针的第一电极组在从至少两个电极到64个电极的范围，如本优选实施例的多点探针的第一电极组具有两个外围安置的多点探针的电极。根据本专利技术，向多点探针的两个外围安置电极施加的发生器信号在第二阻抗探测元件组上提供了结果探测器信号，并且推断出关于第三多点探针电极组的电接触条件的信息。电接触条件可以涉及体接触、隧穿接近、中间流体弯面或任何其他允许电流在多点探针电极和测试样品之间流动的效应。根据本专利技术的第二开关阻抗探测元件组在从一个到十个的范围内，如本优选实施例的第二开关阻抗探测元件组具有三个。阻抗探测元件的阻性部分的额定值在从1mΩ到100GΩ的范围，如本优选实施例的阻抗探测元件的阻性部分的额定值为1KΩ、10KΩ和100KΩ。根据本专利技术，电探测器装置测量跨越第二阻抗探测元件组的电信号，如本优选实施例的电探测器装置具有连接至锁相锁定放大器的灵敏静电计。附图简述通过下文的详细描述和随附的权利要求，结合附图，本专利技术的另外的目的和特征将更加容易地显而易见，附图中图1(a)-(b)，提供了传统的扫描隧穿显微镜的整体图示。(a)，导电探针和测试样品之间的隧穿区域的示意图。(b)，示意性地示出了传统的扫描隧穿设备的示图；图2(a)-(b)，提供了传统的四点探针的示意性的图示。(a)，示出了与测试样品电接触的传统的四点探针的示意图。(b)，示出了连接至传统的四点探针的电流源和静电计的电气示意图；图3(a)-(b)示出了传统的多点探针和测试设备的整体图示。(a)，示出了多点探针电极。(b)是多点测试设备的示意图；图4示出了根据本专利技术的电反馈探测系统的示意图；图5(a)-(b)示出了根据本专利技术的电反馈探测系统的实施例，其中多点探针没有电连接至测试样品。(a)，示出了电反馈探测系统的详细的电气配置。(b)，示出了该系统的等效电气图；图6(a)-(b)示出了根据本专利技术的电反馈探测系统的实施例，其中多点探针与测试样品电接触。(a)，示出了电反馈探测系统的详细的电气配置。(b)，示出了该系统的等效电气图；图7(a)-(b)示出了根据本专利技术的电反馈探测系统的实施例，其中反馈探测系统包括恒定电流发生器。(a)，示出了控制电路中的单一开关阻抗探测元件。(b)，示出了控制电路中的开关阻抗探测元件组；图8示出了根据本专利技术的电反馈探测系统的实施例，其中反馈探测系统包括恒定电流发生器，并且在多点探针电极组和测试样品材料之间测量探测器信号。优选实施例详述优选实施例的涉及构建用于多点探针的电反馈探测系统，并且通过参考图4-8来进行描述。图4示出了使用电反馈探测系统的多点测试设备100的示意图。该设备包括与测试样品104接近的多点探针102，依靠控制器106可以通过由马达平台108移动该测试样品104。多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于探测多点探针对材料测试样品表面的电接触的电反馈探测系统，包括：ａ．电发生器设备，其连接至多点探针第一电极组；ｂ．第二开关阻抗探测元件组，其连接所述多点探针的所述第一电极组；和ｃ．电探测器装置，其用于探测来自跨越所述第二开关阻抗探测元件组的电信号的测量信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安莱特彼得森，彼得福尔默尼耳森，
申请(专利权)人：卡普雷斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]