一种半导体材料稳态X射线辐射感应电导率测试仪

一种半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪
技术领域
1.本发明属于测试技术领域，涉及一种电导率测试仪器，特别涉及一种半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪。


背景技术：

2.随着通信技术及信息产业的迅速发展，半导体材料已经广泛应用于通信领域，如卫星光通信系统、雷达系统等，重要的半导体设备需要具备在极端环境中工作的能力。高能x射线辐射是典型的极端环境，当半导体材料受到x射线辐射时，辐射感应带电的结果会使材料物理特性发生变化，其中，辐射感应电导率会直接影响半导体材料的瞬态沿面闪络电压和击穿电压，是决定材料充放电的重要参数，也是评价其材料内部载流子生成、存储、输运等行为的重要参数。因此，针对半导体材料在x射线作用下的辐射感应电导率测试，对于掌握不同条件下典型半导体材料的辐射带电规律，提高半导体器件的可靠性，探索半导体器件抗x射线辐射加固技术具有重要意义。目前国内外对于x射线辐射效应的研究多数集中在具体的半导体元器件，对于稳态x射线辐射半导体材料的相关测试仪器研制较少；测试过程无法防止气体电离效应和环境电磁辐射对测试结果的影响，测试准确度有待提高。单能x射线在元素定量测定、医学成像造影、辐射探测器标定等科学研究中应用广泛，但常规x射线源出射能量分布宽(约百kev不等)，不便于展开相关研究。k荧光法具有剂量率大、单色性好等优点，国内已有一些基于此方法产生单能x射线的装置，但是，现有技术中缺少对半导体材料在连续能量或单能x射线作用下的辐射感应电导率进行分析测试的专用设备。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪，以解决现有技术中存在的缺少兼具产生连续能量和单能x射线功能且能够对半导体材料在x射线作用下的辐射感应电导率进行分析测试设备的不足。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
5.一种半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪，包括真空箱和与所述真空箱上连接设置的抽真空组件，所述真空箱包括设置有真空腔体的箱体和与所述箱体适配的盖板，所述真空箱外设置有x射线源，所述真空箱内可拆卸地设置有样品装夹单元；所述x射线源发射的x射线穿过开设在箱体底板上的真空窗口入射到样品装夹单元上；
6.所述箱体的第一侧壁上开设有测试信号接口，所述测试信号接口的一端连接样品装夹单元，另一端连接信号处理模块；
7.所述信号处理模块还与x射线源连接；所述信号处理模块采用范德堡法测量待测样品的x射线辐射感应电导率。
8.本发明还具有以下技术特征：
9.更进一步的，所述样品装夹单元包括第一样品装夹机构，所述第一样品装夹机构可拆卸地设置在盖板上，包括固定板和用于将固定板安装到盖板上的紧固螺栓；
10.所述箱体内还可拆卸地设置有安装支架，所述安装支架上设置有两端开放的准直铅筒；
11.所述真空窗口、准直铅筒与所述固定板同轴设置。
12.更进一步的，所述样品装夹单元还包括第二样品装夹机构，所述第二样品装夹机构包括竖直设置在箱体底板上的x射线屏蔽板，所述x射线屏蔽板上贯通开设有中心通孔；所述x射线屏蔽板的下表面上设置有固定板和用于将固定板安装到x射线屏蔽板上的紧固螺栓；
13.所述箱体内还设置有荧光靶，所述荧光靶与所述x射线屏蔽板之间设置有滤光片；
14.所述荧光靶用于将射入箱体内的x射线转换为荧光x射线；所述滤光片用于滤除荧光靶输出的荧光x射线中的杂光；所述x射线屏蔽板用于对经滤光片滤波后的荧光x射线进行屏蔽与准直。
15.更进一步的，所述箱体底板上还设置有可拆卸的第一夹具、第二夹具和第三夹具，所述第一夹具用于夹持荧光靶，所述第二夹具用于夹持滤光片，所述第三夹具用于夹持第二样品装夹结构。
16.更进一步的，所述抽真空组件包括连接设置的干泵和分子泵，所述分子泵，经四通和设置在箱体第二侧壁上的真空法兰连接；所述四通上还连接有真空计和放气阀。
17.更进一步的，所述固定板上设置有四个探针座，且每个探针座上均滑动安装有能够向固定板中心靠近或远离的铜探针；
18.所述固定板上均还设置有接线端子，所述铜探针通过导线与接线端子相连，所述接线端子还通过屏蔽线连接信号处理模块。
19.更进一步的，所述探针座以固定板的中心点为对称点两两对称设置。
20.更进一步的，所述铜探针包括铜探针a、铜探针b、铜探针c和铜探针d；
21.所述信号处理模块包括继电器开关，所述继电器开关的触点e依次经恒流源和接线端子连接铜探针a；所述继电器开关的触点f依次经纳伏表和接线端子连接铜探针c；所述继电器开关的触点b经接线端子连接铜探针b；所述继电器开关的触点a和c分别经接线端子连接铜探针d。
22.更进一步的，所述x射线源与箱体之间通过密封结构相连。
23.更进一步的，所述信号处理模块还包括工控机，所述工控机分别与所述继电器开关、恒流源和x射线源电连接。
24.与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
25.(1)本发明提供了一种能够对高能x射线辐射条件下半导体材料的辐射感应电导率进行测试的设备，该设备通过结构设计，在实现对半导体材料稳态x射线辐射感应电导率的测定的同时，还确保了装置具有良好的电磁屏蔽性能和x射线准直屏蔽性能，能够使x射线源出射的x射线仅照射到待测样品上，有效消除了x射线对信号处理模块的影响。
26.(2)本发明装置通过设置可拆卸的第一样品装夹机构和第二样品装夹机构，能够在一套设备中实现连续能谱和单能x射线测试的复用，尤其是，在进行连续能谱x射线测试时，可以通过调节x射线源的功率，测试辐射感应电导率与x射线功率密度的关系；在进行单能x射线测试时，通过荧光靶和滤光片组合，可以产生不同能点单能x射线，进而实现了对不同能点单能x射线下的半导体材料辐射感应电导率的测量。
27.(3)本发明装置操作简单，使用方便，具有很强的推广使用价值。
附图说明
28.图1是应用例1的装置结构示意图；
29.图2是应用例2的装置结构示意图；
30.图3是信号处理模块与样品接线原理示意图；
31.图4是固定板结构示意图；
32.图5是labview软件测量电导率的流程图；
33.图6是应用例1中连续能谱x射线下电导率的测试曲线；
34.图7是应用例1中辐射感应电导率的实验结果与仿真结果对比；
35.图8是x射线管不同工作电压下的出射x射线能谱；
36.图9是经荧光靶和滤光片处理后的x射线能谱，(a)是滤光片滤光前的x射线能谱，(b)是滤光片滤光后的x射线能谱；
37.图10是电导率测试准确度验证所用的等效电阻网络及其连接示意图。
38.图中各个标号的含义：
39.1-真空箱，2-抽真空组件，3-第一样品装夹机构，4-第二样品装夹机构，5-安装支架，6-准直铅筒，7-荧光靶，8-滤光片，9-真空计，10-放气阀，11-探针座，12-铜探针，13-接线端子，14-继电器开关，15-密封结构，16-x射线源，17-工控机，18-恒流源，19-纳伏表；21-干泵，22-分子泵，23-四通；31-固定板，32-紧固螺栓；41-x射线屏蔽板；101-箱体，102-盖板；1011-真空窗口，1012-测试信号接口，1013-真空法兰。
具体实施方式
40.需要说明的是，本发明中的所有用到的零部件，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的零部件。
41.本发明所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本发明的限制。本发明中的前、后如图1所示描述，前端对应头端，后端对应尾端。
42.此外，术语“第一”、“第二”等序数词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
43.在本发明中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.对本发明所涉及的术语解释如下：
45.辐射感应电导率：材料受到辐射前和辐射后电导率的变化量。
46.稳态x射线辐射：是指对被测样品进行长时间的x射线照射，使其内部载流子输运
过程达到平衡，所测电导率的值基本达到稳态不变化。
47.遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
48.实施例1
49.遵循上述技术方案，如图1所示，本实施例公开一种半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪，包括真空箱1和与真空箱1连接设置的抽真空组件2，真空箱1包括设置有真空腔体的箱体101和与箱体适配的盖板102，真空箱1用于为测试提供真空环境，抽真空组件2，用于对真空箱进行抽真空，使得真空腔体内部可达到约10-3
mbar的真空环境。
50.真空箱1外设置有x射线源16，真空箱1内可拆卸地设置有样品装夹单元；x射线源16发射的x射线穿过开设在箱体101底板上的真空窗口1011入射到样品装夹单元上，样品装夹单元上设置有待测样品；
51.箱体101的第一侧壁上开设有测试信号接口1012，测试信号接口1012的一端连接样品装夹单元，另一端连接信号处理模块，信号处理模块还与x射线源16连接，信号处理模块采用范德堡法测量待测样品的x射线辐射感应电导率。
52.作为本实施例的一种优选方案，样品装夹单元包括第一样品装夹机构3，第一样品装夹机构3可拆卸地设置在盖板102上，包括固定板31和用于将固定板31安装到盖板102上的紧固螺栓32；
53.箱体101内还可拆卸地设置有安装支架5，安装支架5上设置有两端开放的准直铅筒6；
54.真空窗口1011、准直铅筒6与固定板31同轴设置，确保经真空窗口1011入射到箱体101内的x射线能够穿过准直铅筒6入射到待测样品上。
55.使用第一装夹机构3能够进行连续能谱x射线测试，通过调节x射线源的功率，测试辐射感应电导率与x射线功率密度的关系。
56.作为本实施例的一种优选方案，如图2所示，样品装夹单元包括第二样品装夹机构4，第二样品装夹机构4包括竖直设置在箱体101底板上的x射线屏蔽板41，x射线屏蔽板41上贯通开设有中心通孔；x射线屏蔽板41的下表面上设置有固定板31和用于将固定板31安装到x射线屏蔽板41上的紧固螺栓32；
57.箱体内还设置有荧光靶7，荧光靶7与x射线屏蔽板41之间设置有滤光片8；
58.作为优选，如图2所示，本应用例中，荧光靶7与x射线的出射方向成45
°
角，用于将射入箱体101内的x射线转换为荧光x射线；滤光片8与荧光靶7成45
°
角，并与x射线屏蔽板41平行放置，用于滤除荧光靶7输出的荧光x射线中的杂光；x射线屏蔽板41用于对经滤光片8滤波后的荧光x射线进行屏蔽与准直。
59.使用第二装夹机构4能够对待测样品进行单能x射线测试，通过荧光靶和滤光片组合，可以产生不同能点单能x射线，进而实现了对不同能点单能x射线下的半导体材料辐射感应电导率的测量。
60.作为本实施例的一种优选方案，箱体101底板上还设置有可拆卸的第一夹具、第二夹具和第三夹具，第一夹具用于夹持荧光靶7，第二夹具用于夹持滤光片8，第三夹具用于夹持第二样品装夹结构4。
61.作为本实施例的一种优选方案，抽真空组件2包括连接设置的干泵21和分子泵22，分子泵22，经四通23和设置在箱体101第二侧壁上的真空法兰1013连接；四通上还连接有真空计9和放气阀10。
62.如图4所示，固定板31上设置有四个探针座11，且每个探针座11上均滑动安装有能够向固定板31中心靠近或远离的铜探针12；具体包括：铜探针12上开设有滑槽，探针座11上设置有支撑柱，支撑柱穿设在滑槽内，铜探针12的头端可以通过滑动靠近或远离固定板31的中心。从而可以装夹具有不同直径的待测样品。
63.沿固定板31上还设置有接线端子13，每个铜探针12均通过导线与接线端子13相连，接线端子13还通过屏蔽线连接信号处理模块。
64.作为本实施例的一种优选方案，探针座11以固定板的中心点为对称点两两对称设置。
65.作为本实施例的一种优选方案，如图3所示，铜探针12包括铜探针a、铜探针b、铜探针c和铜探针d；信号处理模块包括继电器开关14，继电器开关14的触点e依次经恒流源和接线端子13连接铜探针a；继电器开关14的触点f依次经纳伏表和接线端子13连接铜探针c；继电器开关14的触点b经接线端子连接铜探针b；继电器开关14的触点a和c分别经接线端子13连接铜探针d。继电器开关14用于在进行测量时进行切换接线，以便为半导体待测样品上不同触点处通入电流，并采集纳伏表感应到的电压。
66.本实施例中的继电器开关14选用单刀双掷开关。
67.当触点e与a接通、f与b接通时，恒流源18的一端与铜探针a连接，另一端通过继电器的触点e和a与铜探针d连接；纳伏表19的一端与铜探针c连接，另一端通过继电器的触点f和b与铜探针b连接。在此工作状态中，恒流源18输出指定电流到铜探针a和d，纳伏表19测量铜探针b和c两端的电压。
68.当触点e与b接通、f与c接通时，恒流源18的一端与铜探针a连接，另一端通过继电器的触点e和b与铜探针b连接；纳伏表19的一端与铜探针c连接，另一端通过继电器的触点f和c与铜探针d连接。在此工作状态中，恒流源18输出指定电流到铜探针a和b，纳伏表19测量铜探针c和d两端的电压。
69.作为本实施例的一种优选方案，x射线源16与箱体101之间通过密封结构15相连。
70.信号处理模块还包括工控机17，工控机17分别与继电器开关14、恒流源18和x射线源16电连接。
71.恒流源18通过gpib-usb通讯线与工控机17相连，通过rs232通讯线与纳伏表19相连，继电器14通过usb数据线与工控机17相连。在工控机17内存储有采用labview软件编写的vi程序。
72.所述labview软件安装于工控机17上，用于辐射感应电导率测量的实时监测及测量全过程的一体化控制。该软件包括x光管控制模块、参数输入模块、数据获取及分析模块以及电导率实时监测模块，支持对x射线源工作状态的控制、测试初始条件输入、仪器仪表控制、测量数据的实时传输、计算、显示与存储。labview软件电导率测量的流程参见图5。
73.x光管控制模块用于控制x射线源的发射状态，是通过将汉化后的x射线源控制程序嵌入到labview程序中实现的，分别设置电压与电流，可以改变出射x射线的能谱分布与强度。点击“电压使能”和“电流使能”按钮可以将设置的电压和电流值作用到x光管上，电压
与电流通过下方的文本窗口进行实时显示，点击“锁定”可以使x光管状态保持不变。点击“x射线使能”，x射线源2就会发射出对应的x射线。还可通过下面的“开启时间”与“关闭时间”输入框设置x射线源2发射x射线的持续时间。
74.参数输入模块用于输入电导率测试所需要的参数，包括试样厚度、初始电阻率范围、辐照强度、试样编号和测试时间。根据所测量试样的大致电阻率，选择合适的初始电阻率范围，单位为ω
·
cm。电阻率范围共设有：《10、10～40、41～300、301～1000、1001～3000、3001～5000、》5000等7个区间，每个区间对应着不同大小的测试电流。选择电阻率范围的目的在于，为恒流源18配置合适的输出测试电流，若指定电流太大，恒流源18无法达到该输出电流；若指定电流太小，会造成电导率测量的结果不精确。
75.数据获取及分析模块用于从gpib-usb通讯线中获取纳伏表19的测量数据，并结合已输入的参数，通过现有技术中已经公开的范德堡法进行电导率的计算。根据前述测量方法，借助四个铜探针进行四次测量，然后根据测量结果通过计算可得到待测样品电阻r为：
[0076][0077]
其中，un为第n次的测量电压，当n＝4时，取u
n+1
＝u1。
[0078]
f(u
n+1
/un)为由下式确定的范德堡函数：
[0079][0080]
为实现数值计算，采用现有的反演计算方法，将范德堡函数f简化为关于自变量x＝u
n+1
/un的多项式函数：
[0081]
f(x)＝1+0.03237715x-0.04037679x2+0.00857882x
3-0.00077693x4+0.00002604x5+0.00017171
[0082]
根据前四次测量得到的四个电压值，结合待测样品厚度d和待测样品半径r，可以计算得到待测样品的电导率σ为：
[0083][0084]
电导率实时监测模块用于显示测试电导率过程中的部分中间变量以及计算结果，包括恒流源输入的测试电流、本次测量的瞬时电阻率以及瞬时电导率。每次计算得到电导率数据之后，通过波形图表绘制电导率的瞬时值随时间变化的折线图，以便掌握整个测量过程中电导率的实时变化情况。测试结束后，软件能将该次测试的电导率数据保存为.txt文本文档，以便进行后期的绘图与进一步处理。
[0085]
本发明装置的具体使用过程如下：
[0086]
(1)使用离子溅射仪和相应模具，在待测样品表面上选定四个位置后镀金，工作参数包括：离子溅射仪的功率为18w，溅射时间为60s；
[0087]
(2)将待测样品用铜探针12装夹到固定板31上，将固定板31通过固定螺柱32固定到盖板102上，使用屏蔽线连接好固定板31与测试信号接口1012，确保接线端子13分别与待
测样品上的四个镀金点接触良好。
[0088]
(3)在箱体101内放置安装支架5和准直铅筒6，然后将盖板102与箱体101组装到一起，然后利用抽真空组件2在真空腔体内部形成约10-3
mbar的真空环境，开启labview软件，输入初始测试参数，开始测量。等待电导率数值稳定后，开启x射线源16，使得x射线源发出的x射线穿过开设在箱体底板上的真空窗口1011、设置在真空腔体内的准直铅筒6入射到待测样品上。
[0089]
测量过程中，软件通过控制继电器开关14，重复切换电路连接状态。当使继电器处于第一工作状态时，触点e与a连接、触点f与b连接；根据选定的电阻率区间，通过gpib-usb通讯线控制恒流源18，在铜探针a和d之间输出相应的电流i；纳伏表19读取铜探针b和c之间的电压值u1，并将该电压值通过rs232和gpib-usb通讯线传输到工控机17；
[0090]
当继电器处于第二工作状态时，触点e与b连接、触点f与c连接；控制恒流源18，在铜探针a和b之间输出相应的电流i；纳伏表19读取铜探针c和d之间的电压值u2，并将该电压值通过rs232和gpib-usb通讯线传输到工控机17；
[0091]
重复切换继电器14的工作状态，再进行两次如上所述的测量，依次得到两个新的电压值u3和u4；
[0092]
经过如前所述的电导率计算公式与过程，计算本次测量的电导率值；
[0093]
关闭x射线源16，关闭测试软件及其他所有仪表，更换新的未受辐射的试样，改变实验条件进行新的测试。
[0094]
应用例1
[0095]
本应用例采用实施例1公开的半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪对待测样品进行连续能谱x射线测试，样品装夹单元采用实施例1公开的第一样品装夹机构3，在测试过程中，通过调节x射线源的功率，测试辐射感应电导率与x射线功率密度的关系。
[0096]
本应用例中，x射线源16的工作电压为0～70kv，工作电流为0～1000μa，最大功率为12w，最大功率下可产生742mgy/s剂量率的x射线。准直铅筒6的内径为20mm，可以对x射线源16出射的x射线进行准直，使x射线仅照射到待测样品上。待测样品为圆柱形，其直径为38mm，厚度为4mm，材料为n型硅基半导体，待测样品上表面边缘处分布着4个2mm大小的圆形金电极，相邻两电极对应的圆心角为90
°
，圆形金电极作为范德堡法测量的接触点。
[0097]
如图6所示，为本应用例中对半导体硅试样的连续能量x射线辐射感应电导率的测试结果。在0～50s内测量的电导率约为6.88
×
10-4
ω-1
·
cm-1
，开启x射线源辐照试样之后，硅材料的电导率出现不同幅度的增加，150s之后关闭x射线源，电导率又恢复到其初始值。
[0098]
如图7所示，保持试样与x射线源的距离不变，x射线源的工作电压为50kv不变，改变x射线源的工作电流，对辐照和未辐照阶段的电导率测试结果求取平均值，然后作差，计算试样的辐射感应电导率结果。硅试样的辐射感应电导率数量级为10-6
ω-1
·
cm-1
，且与x射线源的功率密度呈正比关系。
[0099]
图7中还显示了试样在不同条件下，辐射感应电导率的仿真计算结果，其与实验结果能够很好地吻合，也能够证明本仪器测量结果的准确性良好。
[0100]
应用例2
[0101]
本应用例采用实施例1公开的半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪对待测样品采用单能x射线进行测试，样品装夹单元采用实施例1公开的第二样品装夹机构4，在
本应用例的测试过程中，x射线源16的工作电压为0～70kv，工作电流为0～1000μa，最大功率为12w，最大功率下可产生742mgy/s剂量率的x射线。荧光靶7与滤光片8配合使用，根据所需产生的x射线能量情况，荧光靶7的材料可以为cu/nb/sn，厚度为0.3mm，直径为80mm，用于产生特定能量的荧光x射线，滤光片8材料为ni/zr/ag，厚度为0.015/0.12/0.12mm，直径为60mm，用于滤除荧光x射线的其他杂波，纯化待测样品接受到的能谱。三种荧光靶7和滤光片8组合能够产生能量分别为8.01/16.58/25.26kev的单能x射线，以测试不同能量x射线的辐射感应电导率。x射线屏蔽板41厚8mm，正面大小为170
×
170mm，中间通孔直径为38mm，可以对x射线源16出射的x射线进行屏蔽与准直，使x射线仅照射到待测样品上，消除了x射线对其他电路线缆的影响，具有良好的准直屏蔽性能。
[0102]
本应用例中，如图8所示，为x射线源在不同工作电压下出射x射线的能谱，其能谱分布宽度可达70kev，且特征峰主要分布在8～12kev能段。
[0103]
如图9所示，为经过不同组荧光靶和滤光片处理后，滤光片前后两处位置的能谱仿真结果。根据图9(a)绘制的结果可知，k荧光x射线的能谱与图8的能谱相比，具有一定的单能性，三种荧光靶激发出荧光x射线的主能峰能量分别在8.01kev、16.58kev和25.26kev，但谱线还不够纯净。根据图9(b)的结果可以看到，滤光片滤除了其他无关谱线，出射x射线能谱的单能性有了很大提高。
[0104]
根据gb/t 1551-2021构建的四探针法等效电阻网络，验证本仪器对试样电导率测试的准确度。等效电阻网络的测量模拟电路如图10所示，图中r为待测电阻，r为探针与试样间引入的接触电阻，r和r的取值满足r＝(300
±
30)r。与范德堡法测量类似，测量时，利用恒流源在电阻网络的电流端通入电流，利用纳伏表测量等效电阻网络电压端电压，分别记录多次测量的正向电压和反向电压，计算等效电阻网络的电阻平均值最后与标准电阻值进行对比，计算准确度。
[0105]
对于圆片形试样，需要计算几何修正因子f，在室温下本试样的几何修正因子f为0.94317cm，多次测量计算得到的电阻率ρ为：
[0106]
结合上述方法测量的电阻与标准电阻标称值，计算出电阻测试的准确度，进而得到电导率测试的准确度，电导率的准确度与电阻准确度的关系如下所示：
[0107][0108]
其中：ε(σ)——电导率测试准确度/％，ε(r)——电阻测试准确度/％。
[0109]
选用数量级分别为10ω、103ω、104ω、105ω的四组精密标准电阻，每组电阻的标称值、测量值以及电导率的准确度计算结果如表1所示。从测试结果来看，测量准确度值最大为0.77％。在实验过程中纳伏表内部电阻与待测电阻是串联关系，待测电阻越大，纳伏表内部电阻分压越小，所以测量结果越准确。因此，本仪器的半导体材料电导率测量范围是10-1
～10-5
ω-1
·
cm-1
，该范围内的测量准确度不超过0.77％。
[0110][0111]
表1电导率测试准确度验证结果
[0112]
综上所述，与现有技术中存在的只能在空气中、常温常压、规定湿度等常规条件下，利用相应测试方法进行电阻率/电导率测试的测试仪相比，本发明提供了一种通过产生连续能量或单能x射线对半导体材料在x射线作用下的辐射感应电导率进行分析测试的专用设备，本发明提供的装置通过设置可拆卸的第一样品装夹机构和第二样品装夹机构，能够在一套设备中实现连续能谱和单能x射线测试的复用，尤其是，在进行连续能谱x射线测试时，可以通过调节x射线源的功率，测试辐射感应电导率与x射线功率密度的关系；在进行单能x射线测试时，通过不同组荧光靶和滤光片组合，可以产生不同能点单能x射线，进而实现了对不同能点单能x射线下的半导体材料辐射感应电导率的测量。
[0113]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0114]
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

技术特征：
1.一种半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪，其特征在于，包括真空箱(1)和与所述真空箱(1)连接设置的抽真空组件(2)，所述真空箱(1)包括设置有真空腔体的箱体(101)和与所述箱体适配的盖板(102)，其特征在于，所述真空箱(1)外设置有x射线源(16)，所述真空箱(1)内可拆卸地设置有样品装夹单元；所述x射线源(16)发射的x射线穿过开设在箱体(101)底板上的真空窗口(1011)入射到样品装夹单元上；所述箱体(101)的第一侧壁上开设有测试信号接口(1012)，所述测试信号接口(1012)的一端连接样品装夹单元，另一端连接信号处理模块；所述信号处理模块还与x射线源(16)连接；所述信号处理模块采用范德堡法测量待测样品的x射线辐射感应电导率。2.如权利要求1所述的半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪，其特征在于，所述样品装夹单元包括第一样品装夹机构(3)，所述第一样品装夹机构(3)可拆卸地设置在盖板(102)上，包括固定板(31)和用于将固定板(31)安装到盖板(102)上的紧固螺栓(32)；所述箱体(101)内还可拆卸地设置有安装支架(5)，所述安装支架(5)上设置有两端开放的准直铅筒(6)；所述真空窗口(1011)、准直铅筒(6)与所述固定板(31)同轴设置。3.如权利要求1所述的半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪，其特征在于，所述样品装夹单元还包括第二样品装夹机构(3)，所述第二样品装夹机构包括竖直设置在箱体(101)底板上的x射线屏蔽板(41)，所述x射线屏蔽板(41)上贯通开设有中心通孔；所述x射线屏蔽板(41)的下表面上设置有固定板(31)和用于将固定板(31)安装到x射线屏蔽板(41)上的紧固螺栓(32)；所述箱体内还设置有荧光靶(7)，所述荧光靶(7)与所述x射线屏蔽板(41)之间设置有滤光片(8)；所述荧光靶(7)用于将射入箱体(101)内的x射线转换为荧光x射线；所述滤光片(8)用于滤除荧光靶(7)输出的荧光x射线中的杂光；所述x射线屏蔽板(41)用于对经滤光片(8)滤波后的荧光x射线进行屏蔽与准直。4.如权利要求3所述的半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪，其特征在于，所述箱体(101)底板上还设置有可拆卸的第一夹具、第二夹具和第三夹具，所述第一夹具用于夹持荧光靶(7)，所述第二夹具用于夹持滤光片(8)，所述第三夹具用于夹持第二样品装夹结构(4)。5.如权利要求1所述的半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪，其特征在于，所述抽真空组件(2)包括连接设置的干泵(21)和分子泵(22)，所述分子泵(22)，经四通(23)和设置在箱体(101)第二侧壁上的真空法兰(1013)连接；所述四通上还连接有真空计(9)和放气阀(10)。6.如权利要求2或3所述的半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪，其特征在于，所述固定板(31)上设置有四个探针座(11)，且每个探针座(11)上均滑动安装有能够向固定板(31)中心靠近或远离的铜探针(12)；所述固定板(31)上均还设置有接线端子(13)，所述铜探针(12)通过导线与接线端子(13)相连，所述接线端子(13)还通过屏蔽线连接信号处理模块。7.如权利要求6所述的半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪，其特征在于，所述探针座(11)以固定板的中心点为对称点两两对称设置。
8.如权利要求6所述的半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪，其特征在于，所述铜探针(12)包括铜探针a、铜探针b、铜探针c和铜探针d；所述信号处理模块包括继电器开关(14)，所述继电器开关(14)的触点e依次经恒流源(18)和接线端子(13)连接铜探针a；所述继电器开关(14)的触点f依次经纳伏表(19)和接线端子(13)连接铜探针c；所述继电器开关(14)的触点b经接线端子(13)连接铜探针b；所述继电器开关(14)的触点a和c分别经接线端子(13)连接铜探针d。9.如权利要求1所述的半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪，其特征在于，所述x射线源(16)与箱体(101)之间通过密封结构(15)相连。10.如权利要求8所述的半导体材料稳态x射线辐射感应电导率测试仪，其特征在于，所述信号处理模块还包括工控机(17)，所述工控机(17)分别与所述继电器开关(14)、恒流源(16)和x射线源(16)电连接。

技术总结
本发明提供一种半导体材料稳态X射线辐射感应电导率测试仪，包括真空箱和与所述真空箱上连接设置的抽真空组件，所述真空箱包括设置有真空腔体的箱体和与所述箱体适配的盖板，所述真空箱外设置有X射线源，所述真空箱内可拆卸地设置有样品装夹单元；所述X射线源发射的X射线穿过开设在箱体底板上的真空窗口入射到样品装夹单元上；所述箱体的第一侧壁上开设有测试信号接口，所述测试信号接口的一端连接样品装夹单元，另一端连接信号处理模块；所述信号处理模块还与X射线源连接；所述信号处理模块采用范德堡法测量待测样品的X射线辐射感应电导率。本发明装置能够在一套设备中实现连续能谱和单能X射线辐射感应电导率测试的复用。能谱和单能X射线辐射感应电导率测试的复用。能谱和单能X射线辐射感应电导率测试的复用。


技术研发人员：陈玉 钟辉 郝义 侯潇涵 李昌熹 岳东立 李志超 王双 成永红
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/9/23