低溫探針臺(tái)是科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)中非常重要的設(shè)備之一。美國Lake Shore公司研發(fā)推出的一系列先進(jìn)的低溫探針臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)環(huán)境控制和可重復(fù)的測量。設(shè)備經(jīng)過專有的熱學(xué)設(shè)計(jì)，確保了樣品的溫度在測試時(shí)獲得盡可能高的置信度，搭配其研發(fā)的ZN50R-CVT探頭，能有效減少熱脹冷縮效應(yīng)，確保在大范圍溫度變化時(shí)還能獲得穩(wěn)定的針尖位置，讓連續(xù)可變溫度下的無人值守測量成為可能。該設(shè)備典型的應(yīng)用包括在高低溫下的 I-V 和 C-V 曲線測量、微波和光電響應(yīng)測量、表征可變磁場中的磁輸運(yùn)特性，測量霍爾效應(yīng)以了解載流子及遷移率，以及其他各種材料研究等。

Lake Shore低溫探針臺(tái)系列

應(yīng)用領(lǐng)域

主要特征

? 最大±2.5T磁場

? 低溫至1.6K，高溫至675K

? 低漏電測量

? 最高67GHz高頻探針

? 3 kV 高電壓探針（定制）

? 大溫區(qū)低溫漂探針

? 真空腔聯(lián)用傳送樣品（定制）

? ＜30 nm低振動(dòng)適用于顯微光學(xué)測量

? 無需翻轉(zhuǎn)磁場快速霍爾效應(yīng)測試

? 多通道高精度低噪聲綜合電學(xué)測量

? CV、鐵電、半導(dǎo)體分析測試

探針臺(tái)選型指引一

*如果有特殊需求，可以點(diǎn)擊此處聯(lián)系我們商討定制方案

探針臺(tái)選型指引二

應(yīng)用案例

1. 超導(dǎo)射頻 MEMS 濾波器設(shè)計(jì)

一種新型超導(dǎo)射頻 MEMS 開關(guān)實(shí)現(xiàn)了在電容器組中切換不同的電容值。該電容器組被單片集成到并聯(lián)帶阻諧振器中。圖 1 顯示了可調(diào)諧諧振器的電路模型。該諧振器由一個(gè)集總元件螺旋電感器和一個(gè)開關(guān)電容器組串聯(lián)組成。圖2展示了帶有電容器組的單片集成帶阻諧振器的圖片。該器件的尺寸為 2.7 mm × 1.3 mm，是高品質(zhì)因數(shù)可調(diào)諧振器的微型化佳例。

為展示該可調(diào)諧諧振器的性能，作者在Lake Shore低溫探針臺(tái)上使用兩個(gè)地-信號(hào)-地（GSG）探針進(jìn)行測量。圖 3 顯示了可調(diào)諧諧振器在 4 K 時(shí)三種狀態(tài)的測量結(jié)果。當(dāng)所有開關(guān)都關(guān)閉時(shí)（狀態(tài) I），諧振頻率最初為 1.107 GHz；當(dāng)?shù)谝缓偷诙€(gè)開關(guān)打開時(shí)，諧振頻率分別變?yōu)?1.057 GHz 和 1.025 GHz。

參考：Raafat R. Mansour, 博士, 教授，電氣與計(jì)算機(jī)工程系，滑鐵盧大學(xué)

相關(guān)配置：

微波探針，可選40 GHz 或 67 GHz

2. DLTS/DLOS用于測量半導(dǎo)體器件中的缺陷

深能級(jí)瞬態(tài)光譜（DLTS）是一種測量各種器件中半導(dǎo)體和界面缺陷的強(qiáng)大技術(shù)。對(duì)于基于寬帶隙的器件，深能級(jí)光譜（DLOS）能夠探測深度超過~1eV的熱極限，并探測少數(shù)載流子半帶隙中的缺陷。傳統(tǒng)上，這些技術(shù)都在肖特基或 p-n 結(jié)上進(jìn)行。近年來，這些技術(shù)也開始應(yīng)用于金屬-絕緣體-半導(dǎo)體電容器 (MISCaps)，以準(zhǔn)確量化整個(gè)界面帶隙的界面態(tài)密度。

圖4顯示了測量界面狀態(tài)的典型結(jié)構(gòu)，圖5顯示了圖4中樣品的熱和光學(xué)DLTS/DDLOS掃描結(jié)果。界面狀態(tài)與頻率色散直接相關(guān)，并可能在典型器件中引起許多與性能相關(guān)的問題，如漏電通路、瞬態(tài)閾值電壓偏移、噪聲等。

Lake Shore 低溫探針臺(tái)非常適合進(jìn)行DLTS測試，因?yàn)樗梢栽诤軐挼姆秶鷥?nèi)掃描溫度，并提供方便的光學(xué)通道，以便用單色光照射樣品進(jìn)行 DLOS測試。作者專為此研究定制了適用變溫探針，可以掃描數(shù)百開爾文的溫度，而不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)滑動(dòng)或破壞精密觸點(diǎn)。這在許多其他低溫探針臺(tái)上是不可能實(shí)現(xiàn)的。

圖4：用于分析絕緣體-半導(dǎo)體界面處界面態(tài)密度的金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，特別是使用深層瞬態(tài)和光學(xué)光譜（DLTS/DLOS）對(duì)原子層沉積（ALD）-生長的 Al₂O₃/n-type NH₃-MBE 生長的 GaN 界面進(jìn)行量化。

圖 5：圖 4 中 ALD Al₂O₃/GaN 界面處的界面態(tài)密度 (Dit)，使用熱基 DLTS 測量 GaN 導(dǎo)帶 0.8 eV 范圍內(nèi)的態(tài)，使用氙 (Xe) 燈測量中隙至 GaN 價(jià)帶的光激發(fā)發(fā)射基 DLOS。

參考：Aaron Arehart，博士，教授，電子與計(jì)算機(jī)工程系，俄亥俄州立大學(xué)

相關(guān)配置：

光纖探針臂及測試示意

相關(guān)配置：

400 to 2100，多模

200 to 900，多模

1290 to 1650 ，單模

適用變溫探針

在100K以上至幾百K溫度范圍無需抬針落針

1. 取決于不同的探針臺(tái)型號(hào)

2. 不同的探針材料和電極材料都會(huì)影響溫度范圍

3. 納米結(jié)構(gòu)與器件低電平測量

新型半導(dǎo)體材料、高溫超導(dǎo)體、新型光伏器件和有機(jī)電子材料的研究通常需要低電平的源和測量，因?yàn)檫@些材料通常是納米結(jié)構(gòu)。超小型結(jié)構(gòu)的類型包括二維（2D）納米電子結(jié)構(gòu)、量子點(diǎn)、多原子層異質(zhì)結(jié)構(gòu)和有機(jī)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。這些超小結(jié)構(gòu)會(huì)受到熱耗散的破壞。隨著器件結(jié)構(gòu)越來越小，這些小型結(jié)構(gòu)只能承受極低的激勵(lì)電流和電壓，從而使可測量信號(hào)降低到接近典型儀器和實(shí)驗(yàn)裝置的噪聲本底。因此，表征這些結(jié)構(gòu)所需的最終測量結(jié)果是非常低的信號(hào)，因此經(jīng)常被顯著水平的電力線、熱和其他類型的環(huán)境噪聲信號(hào)污染。

低溫探針臺(tái)與M81多通道高精度低噪聲綜合電學(xué)測量儀

☆ 利用 M81 克服消除熱偏移誤差和自熱誤差的挑戰(zhàn)

只要電路中存在不同金屬之間的連接，就會(huì)產(chǎn)生熱偏移電壓。在對(duì)需要低電平刺激信號(hào)的納米材料進(jìn)行表征時(shí)，熱偏移電壓可能與測量信號(hào)的數(shù)量級(jí)相當(dāng)。圖 6 顯示了一種測試配置，其中熱電壓誤差被建模為疊加元件直流電壓。此外，向納米材料供電很容易導(dǎo)致材料發(fā)熱，從而可能導(dǎo)致其特性發(fā)生變化。

圖6：熱電壓誤差建模為直流電壓源。在進(jìn)行低電平測量時(shí)，熱電壓誤差是測量誤差的重要來源。

源的極性反轉(zhuǎn)、多個(gè)測量步驟和測量延遲等都可以消除熱偏移誤差。M81-SSM 的DC+AC同步信號(hào)源和測量可幫助用戶確定直流熱偏移誤差的特性。直流偏壓上的交流激勵(lì)可以消除直流熱偏移所需的兩次單獨(dú)的直流電壓測量，同時(shí)提供樣品或器件表征所需的直流偏壓。此外，同時(shí)結(jié)合直流和交流測量，可以更深入地了解被測量器件，并快速地計(jì)算電阻、阻抗和來自測量信號(hào)的諧波等。

圖7：M81一個(gè)源可同時(shí)疊加DC+AC輸出

☆ 在單個(gè)測試中表征結(jié)構(gòu)的小信號(hào)和大信號(hào)性能

結(jié)合同步直流和交流信號(hào)源和測量優(yōu)勢的另一個(gè)例子是同時(shí)表征非線性器件的大信號(hào)和小信號(hào)性能。如圖8所示，在變化的直流偏壓上疊加交流信號(hào)，可產(chǎn)生直接測量微分電導(dǎo)的參數(shù)。直流偏置可以單獨(dú)或同時(shí)測量非線性器件的大信號(hào)性能，這可能會(huì)暴露直流電平非線性特性和其他相關(guān)的二階效應(yīng)。

圖8：將交流和直流信號(hào)源與測量相結(jié)合，可在微分電導(dǎo)應(yīng)用中通過一次激勵(lì)掃描表征非線性器件的小信號(hào)和大信號(hào)性能。

☆ 超導(dǎo)材料電阻從MΩ級(jí)到mΩ級(jí)的連續(xù)測量

圖9：M81的VM-10電壓測量模塊的無縫量程變化測量，在需要多次量程變化的信號(hào)掃描應(yīng)用中，可顯著減少或消除典型的量程變化引起的測量偏移/不連續(xù)。

系統(tǒng)采用M81的BCS-10低噪聲平衡電流源、VM-10納伏測量模塊（如圖9所示）以及M81內(nèi)部自帶的鎖相測量模塊，可以進(jìn)行超高精度的低電平電學(xué)測量。這樣，系統(tǒng)不僅可以輕松地測量超導(dǎo)材料從~1MΩ電阻連續(xù)變化至1mΩ級(jí)的電阻率（如圖10所示），而且由于不需要進(jìn)行量程切換，因此不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)漂移問題。

圖10：M81對(duì)超導(dǎo)材料從~1 MΩ連續(xù)變化至1 mΩ的電阻測量

4. 超導(dǎo)磁體低溫探針臺(tái)的快速霍爾效應(yīng)測量

傳統(tǒng)的變溫霍爾效應(yīng)測試在低溫下一次只能測幾個(gè)樣品，需要經(jīng)常通過升降溫來更換樣品，在超導(dǎo)磁體平臺(tái)的系統(tǒng)可以進(jìn)行強(qiáng)磁場與極低溫環(huán)境的霍爾效應(yīng)測試，而傳統(tǒng)的霍爾效應(yīng)測試方法中需要磁場的正反切換，需要數(shù)個(gè)小時(shí)的時(shí)間來完成。面對(duì)需要進(jìn)行多個(gè)器件的低溫強(qiáng)磁場下的霍爾效應(yīng)測試時(shí)，傳統(tǒng)的霍爾效應(yīng)測試需要耗費(fèi)大量的測試時(shí)間。

Lake Shore配置超導(dǎo)磁體的低溫探針臺(tái)與M91快速霍爾效應(yīng)測試儀的組合，可以有效的解決上述問題。M91是一款革命性的一體化霍爾分析儀器，它采用了Lake Shore全新FastHall測量技術(shù)（號(hào)：9797965和10073151），從根本上改變了霍爾效應(yīng)的測量方式，在測量過程中無需翻轉(zhuǎn)磁場，尤其是在使用強(qiáng)磁場超導(dǎo)磁體或測量極低遷移率材料時(shí)，實(shí)現(xiàn)了更快、更精確的測量。同時(shí)，M91較短的測量窗口減少了樣品參數(shù)因測量中的自熱或環(huán)境溫度變化而漂移帶來的誤差，單向磁場測試模式消除了由于磁場對(duì)準(zhǔn)誤差引起的測量偏差，從而進(jìn)一步提高了測量結(jié)果的質(zhì)量。

M91快速霍爾測量儀

主要特征：

? 革命性的FastHall測試技術(shù)

? 一體化儀器

? 無需磁場翻轉(zhuǎn)

? 低遷移率材料的速度可達(dá)常規(guī)設(shè)備100倍

? 通過最小化熱漂移提高精度

? 測試遷移率低至10-3 cm2/V ?s

? 標(biāo)準(zhǔn)電阻范圍從10 mΩ~10 MΩ，可選200 GΩ

小結(jié)

Lake Shore的低溫探針臺(tái)擁有著1.6K~675K的可選溫區(qū)、超導(dǎo)磁體/電磁鐵、干式或濕式以及多種測量配置如直流、RF、光纖、CV等，還有多種交鑰匙的測試選件如M91快速霍爾效應(yīng)測量、M81多通道高精度低噪聲綜合電學(xué)測試系統(tǒng)等供您選擇！歡迎各位新老客戶垂詢！