[发明专利]硅锗硅多量子阱红外敏感材料电学参数测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种硅锗硅多量子阱红外敏感材料电学参数测试装置及方法；本发明主要应用于微测辐射热计热电转换的关键部件硅锗硅多量子阱红外敏感材料电学参数的测量；装置主要包括电学参数测量模块和数据传输模块。首先对待测的硅锗硅多量子阱红外敏感材料进行MEMS加工，制造出纵向的导电沟道，然后利用本发明中装置，使用四探针测试方法，得到待测材料的电阻温度系数以及I‑V曲线；此装置及方法解决了传统的四探针法无法测试量子阱材料的电学性能的问题，并使用无线射频模块传输数据，增加了设备的灵活性和便携性，在工程运用上具有一定的意义。

技术领域

本发明属于光电子技术和测试计量技术领域，特别是一种硅锗硅多量子阱红外敏感 材料电学参数测试装置及方法。

背景技术

硅锗硅多量子阱红外敏感材料是微测辐射热计热电转换的关键部件，微测辐射热计 电阻温度系数(TCR)，电流电压特性曲线(I-V)，单元电阻等电学参数由敏感材料特 性决定。因此，对敏感材料的测试不仅对读出电路设计具有参考价值，同时也对微测辐 射热计结构设计具有指导作用。

基于超高真空化学气相沉积技术的材料外延生长方法制备出高性能硅锗/硅(Si1-xGex/Si)多量子阱材料作为微测辐射热计的敏感材料，该材料与传统的非制冷红 外热敏材料相比，硅锗/硅多量子阱材料同时具备了氧化钒高TCR、低噪声和非晶硅与 MEMS工艺兼容的特点，是一种具有生命力的新型热敏材料。材料的TCR对微测辐射 热计性能起到重要的影响，对于热敏材料，其TCR值越大，则响应率就越大，噪声等 效温差NETD越小。

现有的对于传统的金属和导体材料的测试多采用四探针法，四探针法具有设备简单、 操作方便、测量精度高，以及对样品的形状无严格的要求等优点，是目前检测半导体材料电阻率的主要方法。四探针法测量原理为，通过在一对电极上施加直流电流，在另一 对电极上测电压的办法来计算材料的电阻率。然而量子阱材料区别于其他半导体材料， 在电气性能有其特殊性：在量子阱材料中，电流的方向应垂直于晶格生长的方向，材料 实现量子阱的特性。因此，不能采用传统的四探针法测试量子阱材料的电气性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种名称硅锗硅多量子阱红外敏感材料电学参数测试装置 及方法，以测量硅锗硅多量子阱红外敏感材料电学参数。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种硅锗硅多量子阱红外敏感材料电学参数测试装置，包括恒温箱、测量电路、温度传感器、信号调理电路、A/D转换电路、控制模块、基准电源、偏置电压模块、数据 传输模块、上位机；

所述测量电路、温度传感器均设置在恒温箱内；所述温度传感器与控制模块相连，用以检测恒温箱的温度；

所述测量电路包括第一运算放大器，第二运算放大器、限流电阻，四线测量端，标准电阻，电容，多路开关；所述多路开关包括第一开关，第二开关，第三开关，第四开 关；所述第一运算放大器输入端正端与偏置电压模块连接输出端与输入端负端相连构成 电压跟随器；所述第一运算放大器的输出端和负输入端相连接后接到限流电阻；所述限 流电阻的另一端接到四线测量端的第一高端，四线测量端的第二高端与第一开关相连， 第二低端、第一低端分别与第二开关、第三开关相连；第二运算放大器输入端正端与基 准电压模块连接；所述第二运算放大器负输入端和输出端之间并联连接标准电阻和电容， 标准电阻和电容的一端均与第一低端相连，标准电阻和电容另一端均与多路开关的第四 开关端相连；所述多路开关的四个开关并联后的输出端与后续信号调理电路相连接；

所述偏置电压模块用以为第一运算放大器提供偏置电压；

所述基准电源用以为第二运算放大器，A/D转换模块提供参考电压；

所述信号调理模块用以将测试电路输出的电压信号放大、滤波；

所述A/D转换电路用以将信号调理模块处理后的模拟电压信号转换成数字信号；