一個極端條件下自動測量材料熱釋電性能的系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
所屬技術領域
[0001]本發(fā)明新型涉及一種物理性能自動化測試系統(tǒng)，尤其涉及一種極端條件下測量材料熱釋電性能的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]磁性與鐵電材料在現(xiàn)代科技中得到了廣泛的應用。鐵磁材料具有自發(fā)磁矩，且其可隨外磁場變化而翻轉(開關)，從而實現(xiàn)信息存儲。鐵電材料具有自發(fā)電極化，這一電極化可以隨外加電場變化而翻轉(開關)O與目前廣泛應用的存儲器相比，基于鐵電材料的鐵電隨機讀取存儲器(ferroelectric random access memory, Fe RAM)具有非揮發(fā)性和讀取速度快等優(yōu)點，因此也有巨大應用前景。因此無論是機理研宄還是器件表征，對多鐵性的表征都是必不可少的。通過測量材料的熱釋電來表征其鐵電性是一種簡單而又普遍的手段。
[0003]美國Quantum Design 公司的綜合物性測量系統(tǒng)(Physics Property Measurement System, PPMS)提供了一個完美控制低溫和強磁場平臺，集成全自動的電學、磁學、熱學、光電、形貌等各種物性測量手段；目前，其已經(jīng)成為實驗數(shù)據(jù)可靠性的標志，被廣泛應用于物理、化學及材料科學的眾多研宄領域，遍布幾乎全世界一流相關實驗室。在“綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS)簡易產(chǎn)品說明手冊，美國Quantum Design公司”中報道，PPMS本身具有絕大多數(shù)常規(guī)物性測量功能，但是其拓展功能選件中不具備熱釋電測量功能。針對這一問題，我們利用綜合物性測量系統(tǒng)的極端條件，自主搭建了一套熱釋電自動化測試的設備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種極端條件下測量材料熱釋電的系統(tǒng)，實現(xiàn)在極低溫和強磁場條件下測量樣品的熱釋電性能，能夠克服在放電和測試的時候手動接線，整個測試過程完全自動化。
[0005]一種極端條件下測量材料熱釋電性能的系統(tǒng)，如圖1所示，包括一個綜合物性測量系統(tǒng)、一個靜電計、一個微機終端和一個開關部分。
[0006]所述測量樣品或器件熱釋電性能的系統(tǒng)中，微機終端通過GPIB接口總線與綜合物性測量系統(tǒng)和靜電計相連，并通過USB-RS232接口與開關部分相連，開關部分還與靜電計與綜合物性測量系統(tǒng)相連。靜電計提供加電壓和測試熱釋電流操作。開關部分包括兩個雙刀雙擲繼電器、一個單片機(STC89C52 )、一個L293D四倍高電流H橋驅動、一個9V直流開關電源。先將調(diào)試好的單片機程序燒錄到單片機中，微機終端則可通過單片機控制L293D四倍高電流H橋驅動來控制繼電器的吸合，從而實現(xiàn)在測試、加電壓極化、以及短路放電不同操作之間任意切換。開關部分電路圖如圖2所示。
[0007]數(shù)據(jù)采集分析軟件是由Iabview開發(fā)的軟件程序，程序框圖如圖3所示，所述程序用以控制和采集包括溫度和磁場在內(nèi)的樣品測量環(huán)境參數(shù)，同時采集靜電計上的電流讀數(shù)，并將開關切換命令集成在對應的待執(zhí)行命令中(例如:待執(zhí)行命令為短路放電操作，在該操作的命令之前集成了開關切換到短路放電操作的命令)，同時能夠實時顯示各種數(shù)據(jù)和繪圖，并同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)存盤功能。具體而言，所述軟件程序名稱為Auto ProIEmeter withPPMS，程序界面如圖4所示，所述程序通過控制MultiVu來對綜合物性測量系統(tǒng)進行控制，并不直接與綜合物性測量系統(tǒng)通訊，所有測試過程均可在測試軟件上實現(xiàn)，不需其他軟件或程序輔助(在運行之前需要打開MultiVu，但不需要進行任何操作)。
[0008]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點:
1.所述極端條件的極低溫度溫度范圍為2-380K，強磁場范圍為0-9T。
[0009]2.靜電計與樣品之間通過三同軸線纜連接，可有效的降低引線噪聲，開關部分已經(jīng)封裝屏蔽，并不會引入噪聲。
[0010]3.軟件無需在MultiVu上面操作，即可實現(xiàn)改變和讀取系統(tǒng)溫度以及磁場參數(shù)。
[0011]4.在測試過程中，讀取的數(shù)據(jù)隨時存盤(并可以實時顯示)，可防止軟件意外關閉導致的數(shù)據(jù)丟失。
[0012]5.使用操作方便，自動化程度高，可長時間運作，而且可以任意的改變程序執(zhí)行的順序(比如降溫過程中是否加磁場，升溫測試時是否加磁場等)。測量前設定好相應測量程序，按下run程序則可自動執(zhí)行。
[0013]6.測試之前加入程序的拼寫檢查功能，將所有的溫度、磁場、相應溫度、磁場變化速率、電壓值等等設定標準命令關鍵詞以及參數(shù)范圍，一旦出現(xiàn)錯誤命令關鍵詞或者參數(shù)超出范圍則會給出相應的提示，以防測試過程中錯誤的命令或參數(shù)損壞設備。
[0014]7.在成熟的平臺上拓展新的功能，成本低，技術可靠。
【附圖說明】
[0015]圖1本發(fā)明系統(tǒng)結構框圖。
[0016]圖2開關部分電路連接圖。
[0017]圖3數(shù)據(jù)采集分析軟件程序框圖。
[0018]圖4數(shù)據(jù)采集分析軟件界面圖。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明的優(yōu)選實施例結合附圖詳述如下:
實施例一:
參見圖1和圖2，本極端條件下自動測量材料熱釋電性能的系統(tǒng)，包括一個綜合物性測量系統(tǒng)(I)、一個靜電計(4)、一個微機終端(3)、和一個開關部分(2)。其特征在于:所述微機終端(3)通過GPIB接口總線與綜合物性測量系統(tǒng)(I)和靜電計(4)相連，并通過USB-RS232接口與開關部分(2)相連，開關部分(2)還與靜電計(4)與綜合物性測量系統(tǒng)(I)相連。靜電計(4)提供加電壓和測試熱釋電流操作。
[0020]實施例二:
本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下:
所述開關部分(2 )包括兩個雙刀雙擲繼電器(RLl、RL2)、一個單片機(STC89C52)、一個L293D四倍高電流H橋驅動、和一個9V直流開關電源。先將調(diào)試好的單片機程序燒錄到單片機中，微機終端則可通過單片機控制L293D四倍高電流H橋驅動來控制繼電器的吸合，從而實現(xiàn)在測試、加電壓極化、以及短路放電不同操作之間任意切換。
[0021]所述的極端條件下自動測量材料熱釋電性能的系統(tǒng)，其特征在于:所述綜合物性測量系統(tǒng)(I)采用PPMS-9型，靜電計采用Keithley 6517B型。
[0022]本極端條件下測量材料熱釋電性能的系統(tǒng)的操作方法具體操作步驟如下:
1)綜合物性測量系統(tǒng)為測試提供所需的極低溫和強磁場條件，待測樣品或器件用雙面膠固定于多功能樣品桿的樣品臺上，多功能樣品桿置于液氦杜瓦樣品腔內(nèi)；
2)打開測試軟件，雙擊左側樹形圖(1)，添加相應的命令到sequence文本框(2)，修改sequence文本框(2 )中的參數(shù)；
3)設置保存數(shù)據(jù)路徑(3);
4)點擊Check(4)檢查關鍵詞和關鍵詞參數(shù)是否有誤；
5)檢查無誤后按Run(5)運行程序。
【主權項】
1.在一種極端條件下自動測量材料熱釋電性能的系統(tǒng)，包括一個綜合物性測量系統(tǒng)(I)、一個靜電計(4)、一個微機終端(3)、和一個開關部分(2)。2.其特征在于:所述微機終端(3)通過GPIB接口總線與綜合物性測量系統(tǒng)(I)和靜電計(4)相連，并通過USB-RS232接口與開關部分(2)相連，開關部分(2)還與靜電計(4)與綜合物性測量系統(tǒng)(I)相連。3.靜電計(4)提供加電壓和測試熱釋電流操作。4.根據(jù)權利要求1所述的極端條件下自動測量材料熱釋電性能的系統(tǒng)，其特征在于:所述開關部分(2)包括兩個雙刀雙擲繼電器(RL1、RL2)、一個單片機(STC89C52)、一個L293D四倍高電流H橋驅動、和一個9V直流開關電源。5.先將調(diào)試好的單片機程序燒錄到單片機中，微機終端則可通過單片機控制L293D四倍高電流H橋驅動來控制繼電器的吸合，從而實現(xiàn)在測試、加電壓極化、以及短路放電不同操作之間任意切換。6.根據(jù)權利要求1所述的極端條件下自動測量材料熱釋電性能的系統(tǒng)，其特征在于:所述綜合物性測量系統(tǒng)(I)采用PPMS-9型，靜電計采用Keithley 6517B型。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種極端條件下測量材料熱釋電性能的系統(tǒng)。它包括一個綜合物性測量系統(tǒng)（PPMS）、一個靜電計(KEITHLEY 6517B)、一個微機終端和一個開關部分。開關部分包括兩個雙刀雙擲繼電器、一個單片機（STC89C52）、一個L293D四倍高電流H橋驅動、一個9V直流開關電源。先將調(diào)試好的單片機程序燒錄到單片機中，微機終端則可通過單片機控制L293D四倍高電流H橋驅動來控制繼電器的吸合，從而實現(xiàn)在測試、加電壓極化、以及短路放電不同操作之間任意切換。本發(fā)明能夠克服在放電和測試的時候手動接線，整個測試過程完全自動化。
【IPC分類】G01R31/00
【公開號】CN104931808
【申請?zhí)枴緾N201410738599
【發(fā)明人】曹義明, 康保娟, 馮振杰, 崔曉鵬, 張金倉, 曹世勛
【申請人】上海大學
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2014年12月8日