專利名稱：一種半導(dǎo)體微納單晶氣敏傳感器測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣敏傳感器測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于半導(dǎo)體微納單晶的簡單穩(wěn)定可靠的測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類社會的進步，一方面人類在創(chuàng)造了巨大的財富的同時，另一方面又給生態(tài)環(huán)境和生活環(huán)境帶來了嚴(yán)重的污染。這些污染帶來的一系列問題，如溫室效應(yīng)、酸雨、臭氧層的破壞等也不容忽視，因此迅速準(zhǔn)確地檢測到這些有毒、有害氣體成為一種迫切需要。氣敏傳感器正是在這樣的背景下得到了迅速的發(fā)展。在眾多的氣體傳感器中，半導(dǎo)體式氣體傳感器由于它成本低、壽命長以及對濕度敏感度低等優(yōu)點，一直以來受到廣泛的關(guān)注和研究。但是其穩(wěn)定性不夠理想，功率要求較高，必須在較高溫度下工作。上世紀(jì)九十年代中期，由于納米科技的出現(xiàn)，半導(dǎo)體微納單晶憑借其大的比表面積、簡單而大批量的生產(chǎn)工藝、納米單晶的較高穩(wěn)定性、室溫下就可以進行信號傳輸?shù)冗@些優(yōu)勢，成為制備高性能的氣敏傳感器的理想材料。九州大學(xué)的Yamazoe研究組系統(tǒng)的研究了 Sn02薄膜的晶界尺寸對其氣敏性能的影響(Sensors and ActuatorsB 1991，3，147 155);哈佛大學(xué)的Lieber研究組在應(yīng)用硅納米線和納米帶在化學(xué)和生物監(jiān)測上開展了開創(chuàng)性的工(SCIENCE 2001，293，1289 1292);美國佐治亞理工學(xué)院的王中林研究組使用單晶氧化錫納米帶制備出對CO和NO2性能穩(wěn)定而且靈敏度高的傳感器(APPLIEDPHYSICS LETTERS 2002,81, 1869 1871);加州大學(xué)的Kolmakov組使用單根超長的氧化錫納米帶做成e-nose型器件實現(xiàn)對多種不同氣體的檢測。盡管這些工作在微納單晶傳感器方面取得了較大進展，但是對微納單晶的傳感器測試系統(tǒng)的研究卻有些延后。目前主要的測試系統(tǒng)分為兩類，第一類為靜態(tài)氣敏測試系統(tǒng)(一種低溫靜態(tài)氣敏測試裝置，申請?zhí)?01120530129. 5)，它的主要特點是將目標(biāo)測試氣體直接通入封閉的傳感器室。此類測試系統(tǒng)只能用于測量傳感器的靜態(tài)響應(yīng)；另一類是流氣測試系統(tǒng)。目前國內(nèi)氣敏元件測試裝置結(jié)構(gòu)過于簡單，無法滿足屏蔽外界信號的干擾而獲得較為精確的數(shù)據(jù)；其中部分精度高的測試平臺結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜(J. Nanosc1.Nanotechnol. 2008, 8，IOf 121 )，只能在有較高技術(shù)條件的實驗室完成。這些問題再一定程度上阻礙了半導(dǎo)體微納單晶氣體傳感器的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)對半導(dǎo)體微納單晶元件在高精度條件下的氣敏測試，本發(fā)明的提供了一種簡單可靠的測試系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有氣敏元件動態(tài)測試裝置中存在的不足之處，實現(xiàn)半導(dǎo)體微納單晶元件對多種氣體的測量，提升了測試結(jié)果精度以及器件響應(yīng)的靈敏度。技術(shù)方案
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的
一種半導(dǎo)體微納單晶氣敏元件測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由IC電路板1、HD78835型排針、測試芯片底座、DIP-16型測試芯片轉(zhuǎn)換座、測試腔體(KF40的四通不銹鋼管)、測試腔體配套的盲板快速連接法蘭、固定支架、與半導(dǎo)體電學(xué)測試系統(tǒng)相連的外接信號輸出端口(CS-719型軸航空接頭)組成、半導(dǎo)體電學(xué)測試系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、氣體流量監(jiān)控及組分調(diào)控單元以及尾氣回收系統(tǒng)組成。將制備好的SnO2單晶納米帶場效應(yīng)晶體管固定在芯片底座上，單晶納米帶場效應(yīng)晶體管的各個電極與芯片底座上的電極相連；在IC電路板上焊接測試芯片轉(zhuǎn)換座和排針，使測試芯片轉(zhuǎn)換座的各個針孔和排針一一對應(yīng)并且導(dǎo)通；IC電路板固定在固定支架上；夕卜接信號輸出端口和排針相連，外接信號輸出端口和固定支架固定在盲板上，將以上完成連接的組件密封固定在測試腔體中；將測試腔體分別與進氣系統(tǒng)氣體流量監(jiān)控及組分調(diào)控單元尾氣回收系統(tǒng)以及通過外接信號輸出端口與半導(dǎo)體電學(xué)測試系統(tǒng)相連接。本發(fā)明具有以下有益效果
1.本發(fā)明提供的這種半導(dǎo)體微納單晶氣敏元件測試系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，方便實用；
2.整個腔體采用不銹鋼KF標(biāo)準(zhǔn)件，簡化了制作工藝，保證了系統(tǒng)擴展性而且可以屏蔽外界的噪聲干擾，實現(xiàn)實時的信號傳輸；
3.所有環(huán)節(jié)采用O型環(huán)密封保證腔體密閉性，能夠是體系真空度保持到10_5torr,滿足低壓氣壓氣敏測試需求。4.通過IC電路板，使得器件微觀電路外聯(lián)脫離測試平臺獨立進行，提高工作效率。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明專利的原理圖。圖2是本發(fā)明專利的結(jié)構(gòu)圖
圖3是單晶SnO2納米帶基氣敏元件對NO2的響應(yīng)結(jié)果 圖4是單晶SnO2納米帶基氣敏元件對SO2的響應(yīng)結(jié)果 圖5是單晶SnO2納米帶基氣敏元件對NO2不同濃度靈敏度示意圖 圖6是單晶SnO2納米帶基氣敏元件對SO2不同濃度靈敏度示意圖 圖1中，I為IC電路板，2為排針，3為測試芯片底座，4為測試芯片轉(zhuǎn)換座、5為測試腔 體(KF40的四通不銹鋼管)，6為與測試腔體配套的盲板，7為固定支架，8為外接信號輸出端 口(3軸航空接頭)。
圖2中，5是測試腔體，9是半導(dǎo)體電學(xué)測試系統(tǒng)，主要用來測試在半導(dǎo)體微納單晶器件在不同氣氛條件下的電學(xué)性能；10是進氣系統(tǒng)，主要作用是將待測氣體和載氣通入測試腔體5 ；11是氣體流量監(jiān)控及組分調(diào)控單元在，主要有質(zhì)量流量計組成。用來控制測試腔體5中氣體濃度；12是尾氣回收系統(tǒng)，主要用于回收測試之后的各種氣體，防止其對環(huán)境的危害。
具體實施方式
實施例1
1.將制備好的SnO2單晶納米帶場效應(yīng)晶體管封裝在與芯片底座3上；
2.將芯片底座3的針腳插入測試芯片轉(zhuǎn)換座4;
3.將與外接信號輸出端口 8相連的杜邦線與排針2上的針腳相連，要求SnO2納米帶型場效應(yīng)晶體各個電極相對應(yīng)的排針的針腳相連；
4.將完成連接的組件用快速連接法蘭固定在測試腔體5中；
5.將測試腔體的各個部分與半導(dǎo)體電學(xué)測試系統(tǒng)9、進氣系統(tǒng)10、氣體流量監(jiān)控及組分控制單元11以及尾氣回收系統(tǒng)12 ；
6.將外接信號輸出端口 8與半導(dǎo)體電學(xué)性能測試系統(tǒng)用配套航空接頭相連；
7.通入N2到測試腔體中，待測試系統(tǒng)穩(wěn)定后，通入測試氣體NO2,對半導(dǎo)體微納單晶器件的氣敏性能進行測試。8. 通入20ppb的NO2進行測試,待響應(yīng)穩(wěn)定后依次通入40ppb和80ppb的NO2,測試結(jié)果參考圖2
9.從測試的結(jié)果上可以看出，本測試平臺能夠很好的測試半導(dǎo)體微納單晶器件的氣敏性能，屏蔽外界因素對測試系統(tǒng)的影響，同時對待測氣體的低濃度測試有很高的靈敏度。
實施例2
步驟f 7參考實施例1的步驟f 7
8.通入50ppb的SO2進行測試，然后待響應(yīng)穩(wěn)定后依次通入80ppb和IOOppb的SO2,測試結(jié)果參考圖3
9.從測試的結(jié)果上可以看出，本測試平臺能夠很好的測試半導(dǎo)體微納單晶器件的氣敏性能，屏蔽外界因素對測試系統(tǒng)的影響，同時對待測氣體的低濃度測試有很高的靈敏度。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的，技術(shù)方案和有益效果進行了進一步的詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改，等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體微納單晶氣敏傳感器測試系統(tǒng)，其特征是結(jié)構(gòu)如下將制備好的SnO2單晶納米帶場效應(yīng)晶體管固定在芯片底座(3)上，單晶納米帶場效應(yīng)晶體管的各個電極與芯片底座(3)上的電極相連；在IC電路板(I)上焊接測試芯片轉(zhuǎn)換座(4)和排針(2)，使測試芯片轉(zhuǎn)換座(4)的各個針孔和排針(2) —一對應(yīng)并且導(dǎo)通；IC電路板(I)固定在固定支架 (7)上；外接信號輸出端口⑶和排針⑵相連，外接信號輸出端口⑶和固定支架⑵固定在盲板(6)上，將以上完成連接的組件密封固定在測試腔體(5)中；將測試腔體(5)分別與進氣系統(tǒng)(10)氣體流量監(jiān)控及組分調(diào)控單元(11)尾氣回收系統(tǒng)(12)以及通過外接信號輸出端口(8)與半導(dǎo)體電學(xué)測試系統(tǒng)(9)相連接。
2.按權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體微納單晶氣敏傳感器測試系統(tǒng)，其特征是單晶納米帶場效應(yīng)晶體管為SnO2單晶納米帶場效應(yīng)晶體管，外接信號輸出端口(8)和排針(2)通過雙頭杜邦線相連，杜邦線接頭處使用熱縮膠管；外接信號輸出端口(8)即CS-719型3軸航空接頭和固定支架(7)通過之前設(shè)計加工好的螺紋來固定在盲板(6)上，在固定孔處加入O 型橡膠密封圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及氣敏傳感器測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于半導(dǎo)體微納單晶的簡單穩(wěn)定可靠的測試系統(tǒng)。主要由IC電路板、排針、測試芯片底座、測試芯片轉(zhuǎn)換座、測試腔體、與測試腔體配套的盲板和緊固件、固定支架、和外界信號輸出端口，進氣系統(tǒng)、氣體流量監(jiān)控及組分調(diào)控單元、尾氣回收系統(tǒng)以及半導(dǎo)體電學(xué)測試系統(tǒng)組成。利用本發(fā)明，提供了一種對半導(dǎo)體微納單晶元件進行氣敏測試的方法，結(jié)構(gòu)簡單、方便實用、工作效率高能夠滿足低氣壓氣敏測試需要。
文檔編號G01N27/00GK103048358SQ201210566058
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者湯慶鑫, 童艷紅, 蔡彬, 塔利哈爾, 裴騰飛 申請人:東北師范大學(xué)