一种具有压力显示的弹簧探针模块

技术领域

本发明涉及半导体电性能测试装置技术领域，尤其涉及一种具有压力显示的弹簧探针模块，针对低中掺杂半导体材料电性能的测试。

背景技术

低中掺杂半导体材料由于其拥有较低的有效质量载流子其迁移率相较于高掺杂半导体材料高出多数量级(现在器件大多使用高掺杂半导体材料)，但在其应用时会发现将其作为器件时不得不与金属形成金属半导体接触，由于低中掺杂半导体材料具有低的电子亲和能与金素和的功函数不匹配的原因造成会肖特基结或引发费米钉扎效应，这些都不利于器件有效的发挥作用。

现有技术测试低中掺杂半导体材料电性能一般采用溅射金属，焊接电极与导电银胶等方式进行连接。使用金属溅射的缺点是也不一定会形成欧姆接触，并且升温对材料本身仍然可以视作一种破坏。常规的焊接电极与导电银胶做不到很好的欧姆接触，不能有效将金属与半导体连接起来。这几种现有的连接方式其电极大小，电极厚度，电极均匀性都无法保证，且大多数对样品本身有损坏影响其测试值导致测试结果不满意。

使用范德堡法检测半导体材料的电性能是很常用的方法，但在涉及到低中掺杂半导体材料时却很难，其原因就是难以做到在不破坏材料原有性质的基础上形成欧姆接触。范德堡法测试半导体材料的电性能，测试结果准确与否与测试电极密切相关，想要准确且稳定测量低中掺杂半导体材料的电性能，电极的大小，电极的厚度以及电极的均匀性都是很重要的。即使现在仪器有使用探针的方式用来连接样品与仪器，但是探针压在样品上的压力无法进行调节或可调节范围小，也做不到准确控制压力。

因此，需要提供一种具有压力显示的弹簧探针模块，使用石墨烯电极搭配可以控制压力的弹簧探针模组可以很好的保证连接的效果，同时可以做到压力的可视化和时控制压力的大小。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有压力显示的弹簧探针模块，可以对弹簧探针施加压力并实时反馈压力大小，实现利用范德堡法检测低中掺杂半导体材料电性能的目的。

为解决以上技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种具有压力显示的弹簧探针模块，包括压力模块、压力显示模块、弹簧探针模块、样品底座和弹簧探针，所述压力显示模块包括压力传感器、压力传感器导线和压力显示屏，所述压力传感器设置在压力模块的下表面，所述压力传感器通过压力传感器导线与压力显示屏电连接；所述弹簧探针模块的上表面设有与压力模块相对应的压力模块对应框，所述压力模块对应框内设有与压力传感器相对应的弹簧探针通孔；所述样品底座上设有样品放置框，所述样品放置框的角上设有探针放置框，所述探针放置框与弹簧探针通孔相对应，所述弹簧探针的顶端与压力传感器接触，所述弹簧探针的底端穿过弹簧探针通孔与探针放置框相对应。压力模块可以给弹簧探针施加以压力，同时压力传感器可以实时反馈弹簧探针顶端的压力。

优选地，所述样品放置框内放置低中掺杂半导体材料样品，所述低中掺杂半导体材料样品的角上设有石墨烯电极，所述弹簧探针的底端与石墨烯电极的中心压力接触。石墨烯电极通过调制功函数的作用可以有效解除费米钉扎效应，并可以形成欧姆接触，再以具有压力的弹簧探针的方式与其他部件连接可以达到很好的连接效果。一方面使用石墨烯电极可以有效降低金属探针与低中掺杂半导体的势垒高度，另一方面使用可控制压力的弹簧探针可以有效的将金属探针与低中掺杂半导体相连接，其中石墨烯电极作为低中掺杂半导体与金属探针相连的介质。

优选地，所述弹簧探针包括同轴设置的探针针轴、探针套筒、探针弹簧和探针顶端封盖，所述探针套筒包括套筒腔体和套筒限位部，所述套筒限位部设置在套筒腔体的底端，所述探针弹簧套设在套筒腔体内；所述探针针轴包括针轴本体、针轴卡接部和针轴端部，所述针轴卡接部设置在针轴本体的上部，所述针轴本体的上部套设在套筒腔体内且所述针轴卡接部卡设在套筒限位部之上，所述针轴端部设置在针轴本体的底端且与样品放置框内的石墨烯电极的中心接触；所述探针顶端封盖设置在套筒腔体的顶端，所述探针顶端封盖的顶端与压力传感器接触，所述探针弹簧的一端与探针顶端封盖相抵，所述探针弹簧的另一端与探针针轴的顶端平面相抵。弹簧探针的针轴端部压在石墨烯电极上，可以对低中掺杂半导体材料样品使用范德堡法做到无损探测。弹簧探针的针轴端部的尺寸可以依照对低中掺杂半导体材料样品的测量精度调整大小。

优选地，所述压力模块上设有弹簧探针模块螺栓连接孔，所述弹簧探针模块上设有压力模块螺栓连接孔，所述弹簧探针模块螺栓连接孔和压力模块螺栓连接孔之间通过上连接螺栓螺接固定。

优选地，所述弹簧探针模块上设有样品底座螺栓连接孔，所述样品底座上设有弹簧探针模块螺栓连接孔，所述样品底座螺栓连接孔和弹簧探针模块螺栓连接孔之间通过下连接螺栓螺接固定。

优选地，所述样品放置框内设有导热孔。导热孔的作用是更好地将低中掺杂半导体材料样品产生的热量散发出去。

优选地，所述压力模块上设有四个压力传感器，所述压力显示模块设有两个压力显示屏，所述压力显示屏分别与压力模块左侧和右侧的压力传感器通过压力传感器导线电连接。通过上连接螺栓可以将压力模块和弹簧探针模块连接在一起，通过压力传感器和压力显示屏可以实时显示弹簧探针的压力，通过控制上连接螺栓可以控制施加在弹簧探针的压力，并通过压力传感器和压力显示屏实时反馈压力大小。

优选地，所述弹簧探针的数量为四个，所述探针顶端封盖的顶端的分别与四个压力传感器相接触。弹簧探针是可以根据试验要求进行更换的。四个压力传感器可以分别对四个弹簧探针的压力进行显示，也就是保证四个弹簧探针对低中掺杂半导体材料样品的石墨烯电极施加的压力是一致的。

优选地，所述低中掺杂半导体材料样品为正方形，所述石墨烯电极设置在低中掺杂半导体材料样品的四个角上且形状为方形，所述石墨烯电极的石墨烯层数不大于十层。方形的石墨烯电极的大小应越小越好，但要视低中掺杂半导体材料样品的尺寸而定。保证弹簧探针的针轴端部应该与转移到半导体上的石墨烯中间范围做到很好的接触。

使用本发明的一种具有压力显示的弹簧探针模块，适用于对低中掺杂半导体材料电性能的测试，细化了低中掺杂半导体使用范德堡法测试的条件，在实际使用范德堡法测试工作中，低中掺杂半导体测试难度较大，使用石墨烯电极与弹簧探针相结合的方法可以有效解决这个问题。改变了现有大多数技术的对低中掺杂半导体材料的破坏现状且不可再次使用，使用弹簧探针及石墨烯电极配合可以起到降低接触势垒的作用，实现准确测试且可在不同霍尔效应(范德堡法)仪器上测试，对材料电学性质对比确定准确值。同时降低了在使用测量装置时，因使用方法不同对测量结果的稳定性产生影响的可能。采用统一标准对结果排除无关因素干扰有很大提升。

本发明的有益效果如下：

本发明由于采用了以上技术方案，利用压力模块可以对弹簧探针模块上的弹簧探针施加压力，同时压力显示模块可以实时反馈弹簧探针施加到低中掺杂半导体材料样品的石墨烯电极上的压力。石墨烯电极通过调制功函数的作用可以有效解除费米钉扎效应，并可以形成欧姆接触，再以具有压力的弹簧探针的方式与其他部件连接可以达到很好的连接效果，实现利用本发明对低中掺杂半导体材料样品使用范德堡法做到无损探测。本发明的一种具有压力显示的弹簧探针模块结构简单，弹簧探针可以更换，使用操作简单，流程简洁。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1示出本发明的一种具有压力显示的弹簧探针模块的整体结构示意图。

图2示出本发明的一种具有压力显示的弹簧探针模块的压力模块的结构示意图。

图3示出本发明的一种具有压力显示的弹簧探针模块的压力弹簧探针模块的结构示意图。

图4示出本发明的一种具有压力显示的弹簧探针模块的样品底座的结构示意图。

图5示出本发明的一种具有压力显示的弹簧探针模块的低中掺杂半导体材料样品的结构示意图。

图6示出本发明的一种具有压力显示的弹簧探针模块的弹簧探针的结构示意图。

主要附图标记说明：

1-压力模块，101-弹簧探针模块螺栓连接孔，2-压力显示模块，201-压力传感器，202-压力传感器导线，203-压力显示屏，3-弹簧探针模块，301-压力模块对应框，302-弹簧探针通孔，303-压力模块螺栓连接孔，304-样品底座螺栓连接孔，4-样品底座，401-样品放置框，402-探针放置框，403-导热孔，404-弹簧探针模块螺栓连接孔，5-低中掺杂半导体材料样品，501-石墨烯电极，6-弹簧探针，601-探针顶端封盖，602-探针弹簧，603-探针套筒，604-探针针轴，7-上连接螺栓，8-下连接螺栓。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

如图1-图6所示，一种具有压力显示的弹簧探针模块，包括压力模块1、压力显示模块2、弹簧探针模块3、样品底座4和弹簧探针6。

所述压力模块1上设有弹簧探针模块螺栓连接孔101，所述弹簧探针模块3上设有压力模块螺栓连接孔303，所述弹簧探针模块螺栓连接孔101和压力模块螺栓连接孔303之间通过上连接螺栓7螺接固定。

所述弹簧探针模块3上设有样品底座螺栓连接孔304，所述样品底座4上设有弹簧探针模块螺栓连接孔404，所述样品底座螺栓连接孔304和弹簧探针模块螺栓连接孔404之间通过下连接螺栓8螺接固定。

所述压力显示模块2包括压力传感器201、压力传感器导线202和压力显示屏203，所述压力传感器201设置在压力模块1的下表面，所述压力传感器201通过压力传感器导线202与压力显示屏203电连接。所述压力模块1上设有四个压力传感器201，所述压力显示模块2设有两个压力显示屏203，所述压力显示屏203分别与压力模块1左侧和右侧的压力传感器201通过压力传感器导线202电连接。通过上连接螺栓7可以将压力模块1和弹簧探针模块3连接在一起，通过压力传感器201和压力显示屏203可以实时显示弹簧探针6的压力，通过控制上连接螺栓7可以控制施加在弹簧探针6的压力，并通过压力传感器201和压力显示屏203实时反馈压力大小。

所述弹簧探针模块3的上表面设有与压力模块1相对应的压力模块对应框301，所述压力模块对应框301内设有与压力传感器201相对应的弹簧探针通孔302。

所述样品底座4上设有样品放置框401，所述样品放置框401的角上设有探针放置框402，所述探针放置框402与弹簧探针通孔302相对应，所述弹簧探针6的顶端与压力传感器201接触，所述弹簧探针6的底端穿过弹簧探针通孔302与探针放置框402相对应。压力模块1可以给弹簧探针6施加以压力，同时压力传感器201可以实时反馈弹簧探针6顶端的压力。

所述弹簧探针6的数量为四个，所述探针顶端封盖601的顶端的分别与四个压力传感器201相接触。弹簧探针6是可以根据试验要求进行更换的。四个压力传感器201可以分别对四个弹簧探针6的压力进行显示，也就是保证四个弹簧探针6对低中掺杂半导体材料样品5的石墨烯电极501施加的压力是一致的。

所述样品放置框401内放置低中掺杂半导体材料样品5，所述低中掺杂半导体材料样品5的角上设有石墨烯电极501，所述弹簧探针6的底端与石墨烯电极501的中心压力接触。所述样品放置框401内设有导热孔403。导热孔403的作用是保证低中掺杂半导体材料样品5热量均匀传导。所述低中掺杂半导体材料样品5为正方形，所述石墨烯电极501设置在低中掺杂半导体材料样品5的四个角上且形状为方形，所述石墨烯电极501的石墨烯层数不大于十层。方形的石墨烯电极501的大小应越小越好，但要视低中掺杂半导体材料样品5的尺寸而定。保证弹簧探针6的针轴端部应该与转移到半导体上的石墨烯中间范围做到很好的接触。

石墨烯电极501通过调制功函数的作用可以有效解除肖特基结或费米钉扎效应，并可以形成欧姆接触，再以具有压力的弹簧探针的方式与其他部件连接可以达到很好的连接效果。一方面使用石墨烯电极501可以有效降低金属探针与低中掺杂半导体的势垒高度，另一方面使用可控制压力的弹簧探针6可以有效的将金属探针与低中掺杂半导体相连接，其中石墨烯电极501作为低中掺杂半导体与金属探针相连的介质。

所述弹簧探针6包括同轴设置的探针针轴604、探针套筒603、探针弹簧602和探针顶端封盖601，所述探针套筒603包括套筒腔体和套筒限位部，所述套筒限位部设置在套筒腔体的底端，所述探针弹簧套设在套筒腔体内；所述探针针轴604包括针轴本体、针轴卡接部和针轴端部，所述针轴卡接部设置在针轴本体的上部，所述针轴本体的上部套设在套筒腔体内且所述针轴卡接部卡设在套筒限位部之上，所述针轴端部设置在针轴本体的底端且与样品放置框401内的石墨烯电极502的中心接触；所述探针顶端封盖601设置在套筒腔体的顶端，所述探针顶端封盖601的顶端与压力传感器201接触，所述探针弹簧602的一端与探针顶端封盖601相抵，所述探针弹簧602的另一端与探针针轴604的顶端平面相抵。弹簧探针6的针轴端部压在石墨烯电极501上，可以对低中掺杂半导体材料样品5使用范德堡法做到无损探测。弹簧探针6的针轴端部的尺寸可以依照对低中掺杂半导体材料样品5的测量精度调整大小。

使用本发明的一种具有压力显示的弹簧探针模块，适用于对低中掺杂半导体材料电性能的测试，细化了低中掺杂半导体使用范德堡法测试的条件，在实际使用范德堡法测试工作中，低中掺杂半导体测试难度较大，使用石墨烯电极与弹簧探针相结合的方法可以有效解决这个问题。改变了现有大多数技术的对低中掺杂半导体材料的破坏现状且不可再次使用，使用弹簧探针及石墨烯电极配合可以起到降低接触势垒的作用，实现准确测试且可在不同霍尔效应(范德堡法)仪器上测试，对材料电学性质对比确定准确值。同时降低了在使用测量装置时，因使用方法不同对测量结果的稳定性产生影响的可能。采用统一标准对结果排除无关因素干扰有很大提升。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。