專利名稱：一種用于半導體氣相光電性能高通量測試的芯片及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體納米材料的光電性能測試，具體是指ー種用于半導體氣相光電性能高通量測試的芯片及裝置。
背景技術：
由于太陽能的利用能夠緩解能源危機和環(huán)境問題帶來的社會壓力，人們對半導體光電材料和器件的研究越來越重視。半導體光電材料可以將一定光能轉化成電能，從而實現(xiàn)太陽能的利用。具有優(yōu)異光電性能的半導體材料，可應用于氣敏傳感器，光探測器，光催化劑等各個領域，因此具有重要的研究價值。但是新材料的開發(fā)并不是ー個簡單而順利的過程。由于目前無法根據(jù)材料的成分和處理工藝來準確地預言多元復雜體系材料的性質(zhì)或根據(jù)所需材料的性質(zhì)來設計配方和處理工藝的地歩。所以通常來說，新型功能材料的發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化還是處于一種傳統(tǒng)的“炒菜”模式嘗試-失敗-再嘗試，循環(huán)往復。使用這種“炒菜”法，周期長，費用高，需要經(jīng)過無數(shù)多次的反復試驗、改進才能得到性能優(yōu)化的新材料。其實早在1970年,Hanak等在各自的新材料篩選工作中都厭倦了不斷重復的樣品合成-表征過程，遂自發(fā)地提出了“多祥品”(即同時合成和表征多個樣品)的設想，這就是組合材料學的雛形。他提出一個完整的材料開發(fā)流程應該是(I)在一個實驗中建立一個完整的多元材料庫；(2)通過簡單、快速、非破壞性的測試方法來檢測材料芯片上的每個材料組分；(3)計算和分析所得數(shù)據(jù)，并篩選出性能優(yōu)異的材料。然而，這樣ー種方式并沒有很快得到大家的重視。1995年，Xiang等又將組合的思想重新引回新材料的研究，并《Science》上發(fā)表了名為《Acombinatorial approachto materials discovery》文章。至此,這一高效的研究方法才受到了材料科學界的高度重視，并很快在超導、巨磁阻、發(fā)光、介電/鐵電、半導體、磁光、聚合物等新型功能材料的篩選中獲得了應用。現(xiàn)在對組合材料學的定義日趨明確，其中包含了“并行合成”與“高通量表征”兩個重要的概念。以ニ元復合材料為例，即為將兩組原料Ai和Bj相互作用，同時生成它們間所有可能的結合AiBj,再通過一定的途徑，快速表征這些產(chǎn)物的物理性質(zhì)，從中篩選新材料或可供進ー步研究的線索。通過這樣的方式對新材料進行開發(fā)，可以同時獲得一定 范圍內(nèi)所有材料的性能，快速篩選出合適的材料，并可以從中尋找規(guī)律，從而指導材料的設計。組合材料的方法有很多的明顯優(yōu)勢(I)組合的方法提高了系統(tǒng)的整體效率；(2)保持實驗中外界條件的一致，消除了人為的誤差；(3)通過巨大的數(shù)量優(yōu)勢來提高新材料發(fā)現(xiàn)的幾率；(4)建立數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)材料設計提供可靠的理論依據(jù)。目前還未見相關報道將組合材料學的方法應用于氣相條件下，高性能半導體光電材料的篩選之中。本發(fā)明提供了一種可以高通量檢測氣相條件下光電材料性能的芯片制造方案及配套裝置。它不但可以同時檢測元件庫上的多個樣本，還可以很方便對實驗條件進行多元化的調(diào)節(jié)，比如光源的波長、光照的強度、氣氛、濕度、偏置電壓等等
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于半導體氣相光電性能高通量測試的芯片及裝置，芯片片可集成多個半導體樣品陣列于ー塊陶瓷片上；裝置可以方便的改變光源的波長、光照強度、氣氛、濕度、偏置電壓等各種測試條件，獲得豐富的測試結果。本發(fā)明提供的一種用于半導體氣相光電性能的高通量測試的芯片，其特征在干，芯片的底層為氧化鋁陶瓷基片，電極陣列通過絲網(wǎng)印刷的方法印制在氧化鋁陶瓷基片的表面，電極引腳通過絲網(wǎng)印刷的方法印制在氧化鋁陶瓷基片的兩側，在電極陣列的每個電極上通過噴墨打印或者絲網(wǎng)印刷的方法印制有各種待測試的半導體光電材料。利用上述芯片構成的高通量測試裝置，它包括封閉測試腔體和LED光源，封閉測試腔體由蓋板，中框和底板構成，蓋板的中間開有ー個窗ロ，窗ロ用石英玻璃密封，LED光源位于石英玻璃上方；
中框的相対的兩個側壁上開有進氣口和出氣ロ，另外兩個側壁的內(nèi)側均安置有傳感器；所述另外兩側壁內(nèi)開有凹槽，凹槽內(nèi)各安置有ー塊轉接電路板，轉接電路板的內(nèi)側有簧片，轉接電路板外側有數(shù)據(jù)接ロ，轉接電路板用于將簧片上的信號引至數(shù)據(jù)接ロ ；底板上設有凸臺，該凸臺位于石英玻璃下方，凸臺用于放置芯片，簧片與芯片電極引腳為壓合式接觸。本發(fā)明g在提供ー種適合氣相條件下，新型的高通量光電性能綜合測試裝置。其中包含了使用絲網(wǎng)印刷和噴墨打印技術制造的芯片，該芯片可集成多個半導體樣品陣列于ー塊陶瓷片上。并且芯片可以與測試裝置進行很好的集成，從而同時對芯片上的多個樣品進行的光電性能測試。本發(fā)明裝置的特點是，測試中可以很方便的改變光源的波長、光照強度、氣氛、濕度、偏置電壓等各種測試條件。具體而言，本發(fā)明具有以下技術特點I.提供了一種適合于氣相條件下，進行高通量光電性能測試的芯片。該芯片制備方法非常簡單，并且集成度高，可控性好，半導體樣品為膜狀，薄膜(小于5 μ m)和厚膜(大于5μπι)皆可實現(xiàn)。2.本發(fā)明提供的裝置，不但小巧精致，而且可以對多種測試條件進行調(diào)控，比如光源的波長、光照強度、氣氛、濕度、偏置電壓等等。3.本發(fā)明可以從芯片的多個樣品中快速篩選出適合于不同領域的半導體光電材料。例如常溫下使用的光激發(fā)氣體探測材料，選擇性光探測材料，高太陽光利用率的光催化材料等等。


圖I是32陣列高通量光電性能檢測的芯片結構示意圖。圖2是微型高通量光電性能綜合測試裝置結構示意圖，其中(a)為完整外觀示意圖，(b)為去掉頂部光源示意圖。圖3是去掉底板后的底部視圖。圖4是底板視圖。圖5是藍光照射下Ti02/Zn0/Fe203復合體系的高通量光電性能測試結果。
具體實施例方式本發(fā)明涉及ー種高通量氣相光電性能綜合測試裝置，用于對高通量光電性能測試的芯片及其配套的綜合測試裝置。如圖I所示，光電性能測試用高通量的芯片I的結構為，底層為氧化鋁陶瓷基片1-1，其表面印有多個電極陣列1-2，兩側各印有ー排引出信號的電極引腳1-3。測試時，在電極陣列1-2的姆個電極表面印ー種待測試的半導體光電材料1-4,這樣就構成了包含不同種光電材料的高通量的芯片I。電極陣列1-2和電極引腳1-3首先通過絲網(wǎng)印刷的方法印制在氧化鋁陶瓷基片1-1上，然后通過噴墨打印或者絲網(wǎng)印刷的 方法在每個電極上印制各種不同體系的半導體光電材料卜4。通常噴墨打印的方法用來制備薄膜(小于5μπι)，而絲網(wǎng)印刷的方法用來制備厚膜(大于5μπι)。測試時同時提取每個電極上半導體材料的電導性能變化，從而實現(xiàn)高通量的測試要求。其中電極陣列1-2和電極引腳1-3的個數(shù)及排布方式可以任意選擇。如圖2、3所示，本發(fā)明提供的光電性能綜合測試裝置的結構，主要由蓋板2，中框3和底板4共三個部分構成，三個部件通過螺釘結合到一起形成一個封閉測試腔體。蓋板2的中間開有ー個窗ロ，窗ロ用石英玻璃6密封。中框3的相対的兩個側壁Α、B上開有進氣ロ 7和出氣ロ 8，用來控制裝置腔體內(nèi)部的氣氛變化。中框3的另外兩個側壁C、D的內(nèi)側均安置有傳感器9，所述另外兩側壁C、D內(nèi)開有凹槽，凹槽內(nèi)各安置有一塊轉接電路板10，轉接電路板10的內(nèi)側有簧片11，用于與芯片I上的電極引腳1-3實現(xiàn)壓合式接觸，保證接觸的可靠性，轉接電路板10外側有數(shù)據(jù)接ロ 12，便于將測試信號傳輸?shù)接嬎銠C進行計算和分析。轉接電路板10用于將簧片11上的信號引至數(shù)據(jù)接ロ 12。如圖4所示，底板4上設有凸臺，該凸臺位于石英玻璃6下方，凸臺用于放置芯片I。當?shù)装?與中框3對接時，凸臺提供了芯片I上的電極引腳1-3與簧片11的壓緊力，來保證導電性的良好。LED光源5發(fā)射的光線通過石英玻璃6，垂直的照射在芯片I的表面。實例I采用本發(fā)明提供的微型高通量氣相光電性能綜合測試裝置對Ti02/Zn0/Fe203復合體系進行光電性能篩選。在該復合材料體系中，共選擇了 66個成分點,如表I所不表I Ti02/Zn0/Fe203復合體系中成分與編號的對應關系
權利要求
1.一種用于半導體氣相光電性能的高通量測試的芯片，其特征在于，芯片(I)的底層為氧化鋁陶瓷基片(1-1)，電極陣列(1-2)通過絲網(wǎng)印刷的方法印制在氧化鋁陶瓷基片(1-1)的表面，電極引腳(1-3)通過絲網(wǎng)印刷的方法印制在氧化鋁陶瓷基片(1-1)的兩側，在電極陣列(1-2)的每個電極上通過噴墨打印或者絲網(wǎng)印刷的方法印制有各種待測試的半導體光電材料(1-4)。
2.一種利用權利要求I所述芯片構成的高通量測試裝置，它包括封閉測試腔體和LED光源(5)，封閉測試腔體由蓋板(2)，中框(3)和底板⑷構成，蓋板⑵的中間開有一個窗口，窗口用石英玻璃(6)密封，LED光源(5)位于石英玻璃(6)上方； 中框⑶的相對的兩個側壁(A、B)上開有進氣口(7)和出氣口(8)，另外兩個側壁(C、D)的內(nèi)側均安置有傳感器(9);所述另外兩側壁(C、D)內(nèi)開有凹槽,凹槽內(nèi)各安置有一塊轉接電路板(10)，轉接電路板(10)的內(nèi)側有簧片(11)，轉接電路板(10)外側有數(shù)據(jù)接口(12)，轉接電路板(10)用于將簧片(11)上的信號引至數(shù)據(jù)接口(12)； 底板(4)上設有凸臺，該凸臺位于石英玻璃(6)下方，凸臺用于放置芯片(1)，簧片(11)與芯片電極引腳(1-3)為壓合式接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于半導體氣相光電性能高通量測試的芯片及裝置，芯片底層為氧化鋁陶瓷基片，電極陣列和電極引腳分別通過絲網(wǎng)印刷的方法印制在基片表面和兩側，每個電極上通過噴墨打印或者絲網(wǎng)印刷的方法印有半導體光電材料。裝置包括封閉測試腔體和LED光源，底板上帶有用于放置芯片的凸臺，簧片與芯片電極引腳為壓合式接觸。芯片上的電極陣列的集成度可以根據(jù)不同的需求進行改動，可擴展性強。裝置可以方便的改變光源的波長、光照強度、氣氛、濕度、偏置電壓等各種測試條件，從而獲得豐富的測試結果，建立完善的數(shù)據(jù)庫。并且整個裝置結構簡單小巧，可靠性好。本發(fā)明在室溫氣敏傳感，光探測，光催化等領域都具有重要的應用價值。
文檔編號G01R19/00GK102680399SQ20101024385
公開日2012年9月19日 申請日期2010年8月4日 優(yōu)先權日2010年8月4日
發(fā)明者劉源, 曾大文, 李華曜, 謝長生, 陳浩 申請人:華中科技大學