CRX-6.5K型低温探针台—样品温度是关键

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      对传统低温恒温器中的设备进行低温测量通常需要对晶圆上设备进行耗时且具有破坏性的接线。低温探针台的情况并非如此。这些平台支持使用可定位探针对多个晶圆级设备进行可视化和电气询问,从而加速表征工作。对被测设备的光学接入和灵活探测的权衡在于热辐射和探针臂通过探针臂热传导的热负载。由于这些负载以及设备和样品台之间的热阻,设备的实际温度可能会偏离样品台传感器,从而导致测量不准确。

      为了最大限度地减少这种影响,探针台应该有辐射屏蔽以减少对样品的热辐射,并且探针应该热固定在样品台上或附近(有关我们的台是如何设计的,请参见下一页)。下面,我们将研究探针臂热锚定与设备温度的关系,特别是在尝试快速评估超导电路时,这是电子设备低温测量的常见应用。

      使用 Cernox ®和铌丝参考测量确定探针台中的传导热传递

      实验装置

      为了研究探针臂热锚定对低温测量中设备温度的作用,选择具有固定 1 W 样品台冷却能力的 Lake Shore CRX-4K 探针台作为测试平台。为了模拟被测设备,将校准过的 Cernox ®传感器焊接到蓝宝石衬底上,其底面涂有一层薄薄的 Apiezon ® N 润滑脂并夹在 32 毫米(1.25 英寸)接地样品架上。四个探针臂上的钨针尖(直径 25 µm)落在传感器的接触垫上,使用我们的 336 型温度控制器使用传感器电阻的四点探测测量获得设备温度。四个臂中的每一个中的附加温度传感器和一个用螺栓固定在样品台底部的温度传感器用于监测臂和台温度。

      结果

      表 1 总结了三种常见探针臂热锚配置的设备、载物台和臂温度。在推荐的配置中,臂固定在辐射屏蔽上,探头固定在样品台上(如右列所示)。第二种配置仅依赖于将臂和探头热锚定到屏蔽上,最终配置由四个未锚定的臂和移除的屏蔽组成。

表 1 - 依赖于配置的设备温度

      在第一种配置中,通过将探针固定在样品台上来增加站冷却台上的热负荷,导致样品台温度高于探针固定在辐射屏蔽上的第二种配置。然而,较低的样品台温度并不会转化为较低的设备温度,因为来自探针的额外传导热负荷无法通过设备基板的额外冷却来补偿。尽管移除辐射屏蔽和探针/探针臂热锚对载物台温度的影响相对较小,但第三种配置会导致器件的热负载大幅增加,使器件温度升高 30 K 以上。

      讨论

      使用固定良好的探针和探针臂,我们展示了快速评估超导电路的能力。对于该测量,从 99.8% 纯铌箔 (Alfa-Aesar ®) 并用一层薄薄的氰基丙烯酸酯粘合剂固定在蓝宝石板上。然后将导线变细以增加正常状态和超导状态之间的电阻对比度;细化的铌丝在室温下具有 272 mΩ 的电阻。蓝宝石基板以与 Cernox 参考芯片相同的方式安装,然后在工作站中冷却至低温。在将四个探头直接放在铌线上后,使用配备 3708 前置放大器的 370 型交流电阻桥监测线电阻作为舞台温度的函数。在每个阶段的温度设定点,在获得器件电阻之前,允许系统稳定 5 分钟。

      下图显示了作为载物台温度函数的导线电阻,表明在载物台温度低于 8.90 K 时导线电阻急剧下降,我们将其归因于被探测导线中超导性的开始。低于 8.75 K,导线电阻低于实验装置的测量精度 (<40 µΩ)。

      结论

      通过探测校准的 Cernox 传感器和铌晶须,我们发现来自探针的传导热传递可以对被测设备施加显着的热负荷,而热锚定对于管理热传递和实现合适的设备温度至关重要。我们证明,在具有适当热锚定探针和有效辐射屏蔽的探针台配置中,被测设备和样品台之间的热梯度可以最小化。

      我们的站点如何防止热量到达样品

      Lake Shore 的探测站将热管理提升到一个新的水平,提供了一个您可以真正信任的测量平台。

      热探针锚定 Lake Shore 探针台包括特殊的热锚定以抑制不需要的热源。在没有全面热锚定的探针台中,被测设备可能比样品台本身(和未知温度)热得多。仅根据热负荷不受控制的样品台传感器报告设备温度可能会导致错误结果。精确的器件表征需要对器件的实际温度有很好的了解。为避免通过探针臂将不需要的热量注入样品装置,臂和探针必须热固定。

      温度传感器 Lake Shore 探头被冷却到样品台温度,以最大限度地减少被测设备的热负荷。样品台、探针臂和辐射屏蔽上的 Lake Shore 传感器提供测试环境的准确热分布。

      补偿探头 手臂的热管理意味着还必须在探头上进行补偿,以抵消变温实验期间的任何手臂移动。如果没有补偿探头,样品台温度的显着上升可能会导致设备测量期间接触质量发生变化,可能会使尖端移动到足以离开其接触垫的程度。

      使用 Cernox ®参考套件预测准确的样品台温度

      好的科学需要已知的实验条件。在某些情况下,样品温度可能与设定的样品台温度相差很大。参考 Cernox 底物探测套件可以解决这个问题。它有一个校准的 Cernox 传感器芯片,该芯片安装在带有着陆垫的蓝宝石衬底上,因此可以使用四个探头读取温度。这模拟了探测期间样品的热负荷,使您能够准确测量样品台温度。该套件包括将 BNC 或三轴探头连接到 336 型输入所需的适配器和电缆。

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