专利名称：一种用于半导体气相光电性能高通量测试的芯片及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体纳米材料的光电性能测试，具体是指ー种用于半导体气相光电性能高通量测试的芯片及装置。
背景技术：
由于太阳能的利用能够缓解能源危机和环境问题带来的社会压力，人们对半导体光电材料和器件的研究越来越重视。半导体光电材料可以将一定光能转化成电能，从而实现太阳能的利用。具有优异光电性能的半导体材料，可应用于气敏传感器，光探測器，光催化剂等各个领域，因此具有重要的研究价值。但是新材料的开发并不是ー个简单而顺利的过程。由于目前无法根据材料的成分和处理工艺来准确地预言多元复杂体系材料的性质或根据所需材料的性质来设计配方和处理工艺的地歩。所以通常来说，新型功能材料的发现和优化还是处于一种传统的“炒菜”模式尝试-失敗-再尝试，循环往复。使用这种“炒菜”法，周期长，费用高，需要经过无数多次的反复试验、改进才能得到性能优化的新材料。其实早在1970年,Hanak等在各自的新材料筛选工作中都厌倦了不断重复的样品合成-表征过程，遂自发地提出了“多祥品”(即同时合成和表征多个样品)的设想，这就是组合材料学的雏形。他提出一个完整的材料开发流程应该是(I)在一个实验中建立一个完整的多元材料库；(2)通过简单、快速、非破坏性的测试方法来检测材料芯片上的每个材料组分；(3)计算和分析所得数据，并筛选出性能优异的材料。然而，这样ー种方式并没有很快得到大家的重视。1995年，Xiang等又将组合的思想重新引回新材料的研究，并《Science》上发表了名为《Acombinatorial approachto materials discovery》文章。至此,这一高效的研究方法才受到了材料科学界的高度重视，并很快在超导、巨磁阻、发光、介电/铁电、半导体、磁光、聚合物等新型功能材料的筛选中获得了应用。现在对组合材料学的定义日趋明确，其中包含了“并行合成”与“高通量表征”两个重要的概念。以ニ元复合材料为例，即为将两组原料Ai和Bj相互作用，同时生成它们间所有可能的结合AiBj,再通过一定的途径，快速表征这些产物的物理性质，从中筛选新材料或可供进ー步研究的线索。通过这样的方式对新材料进行开发，可以同时获得一定 范围内所有材料的性能，快速筛选出合适的材料，并可以从中寻找规律，从而指导材料的设计。组合材料的方法有很多的明显优势(I)组合的方法提高了系统的整体效率；(2)保持实验中外界条件的一致，消除了人为的误差；(3)通过巨大的数量优势来提高新材料发现的几率；(4)建立数据库，为后续材料设计提供可靠的理论依据。目前还未见相关报道将组合材料学的方法应用于气相条件下，高性能半导体光电材料的筛选之中。本发明提供了一种可以高通量检测气相条件下光电材料性能的芯片制造方案及配套装置。它不但可以同时检测元件库上的多个样本，还可以很方便对实验条件进行多元化的调节，比如光源的波长、光照的強度、气氛、湿度、偏置电压等等
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于半导体气相光电性能高通量测试的芯片及装置，芯片片可集成多个半导体样品阵列于ー块陶瓷片上；装置可以方便的改变光源的波长、光照強度、气氛、湿度、偏置电压等各种测试条件，获得丰富的测试結果。本发明提供的一种用于半导体气相光电性能的高通量测试的芯片，其特征在干，芯片的底层为氧化铝陶瓷基片，电极阵列通过丝网印刷的方法印制在氧化铝陶瓷基片的表面，电极引脚通过丝网印刷的方法印制在氧化铝陶瓷基片的两侧，在电极阵列的每个电极上通过喷墨打印或者丝网印刷的方法印制有各种待测试的半导体光电材料。利用上述芯片构成的高通量测试装置，它包括封闭测试腔体和LED光源，封闭测试腔体由盖板，中框和底板构成，盖板的中间开有ー个窗ロ，窗ロ用石英玻璃密封，LED光源位于石英玻璃上方；
中框的相対的两个侧壁上开有进气口和出气ロ，另外两个侧壁的内侧均安置有传感器；所述另外两侧壁内开有凹槽，凹槽内各安置有ー块转接电路板，转接电路板的内侧有簧片，转接电路板外侧有数据接ロ，转接电路板用于将簧片上的信号引至数据接ロ ；底板上设有凸台，该凸台位于石英玻璃下方，凸台用于放置芯片，簧片与芯片电极引脚为压合式接触。本发明g在提供ー种适合气相条件下，新型的高通量光电性能综合测试装置。其中包含了使用丝网印刷和喷墨打印技术制造的芯片，该芯片可集成多个半导体样品阵列于ー块陶瓷片上。并且芯片可以与测试装置进行很好的集成，从而同时对芯片上的多个样品进行的光电性能测试。本发明装置的特点是，测试中可以很方便的改变光源的波长、光照强度、气氛、湿度、偏置电压等各种测试条件。具体而言，本发明具有以下技术特点I.提供了一种适合于气相条件下，进行高通量光电性能测试的芯片。该芯片制备方法非常简单，并且集成度高，可控性好，半导体样品为膜状，薄膜(小于5 μ m)和厚膜(大于5μπι)皆可实现。2.本发明提供的装置，不但小巧精致，而且可以对多种测试条件进行调控，比如光源的波长、光照強度、气氛、湿度、偏置电压等等。3.本发明可以从芯片的多个样品中快速筛选出适合于不同领域的半导体光电材料。例如常温下使用的光激发气体探測材料，选择性光探測材料，高太阳光利用率的光催化材料等等。


图I是32阵列高通量光电性能检测的芯片结构示意图。图2是微型高通量光电性能综合测试装置结构示意图，其中(a)为完整外观示意图，(b)为去掉顶部光源示意图。图3是去掉底板后的底部视图。图4是底板视图。图5是蓝光照射下Ti02/Zn0/Fe203复合体系的高通量光电性能测试結果。
具体实施例方式本发明涉及ー种高通量气相光电性能综合测试装置，用于对高通量光电性能测试的芯片及其配套的综合测试装置。如图I所示，光电性能测试用高通量的芯片I的结构为，底层为氧化铝陶瓷基片1-1，其表面印有多个电极阵列1-2，两侧各印有ー排引出信号的电极引脚1-3。测试时，在电极阵列1-2的姆个电极表面印ー种待测试的半导体光电材料1-4,这样就构成了包含不同种光电材料的高通量的芯片I。电极阵列1-2和电极引脚1-3首先通过丝网印刷的方法印制在氧化铝陶瓷基片1-1上，然后通过喷墨打印或者丝网印刷的 方法在每个电极上印制各种不同体系的半导体光电材料卜4。通常喷墨打印的方法用来制备薄膜(小于5μπι)，而丝网印刷的方法用来制备厚膜(大于5μπι)。测试时同时提取每个电极上半导体材料的电导性能变化，从而实现高通量的测试要求。其中电极阵列1-2和电极引脚1-3的个数及排布方式可以任意选择。如图2、3所示，本发明提供的光电性能综合测试装置的结构，主要由盖板2，中框3和底板4共三个部分构成，三个部件通过螺钉结合到一起形成一个封闭测试腔体。盖板2的中间开有ー个窗ロ，窗ロ用石英玻璃6密封。中框3的相対的两个侧壁Α、B上开有进气ロ 7和出气ロ 8，用来控制装置腔体内部的气氛变化。中框3的另外两个侧壁C、D的内侧均安置有传感器9，所述另外两侧壁C、D内开有凹槽，凹槽内各安置有一块转接电路板10，转接电路板10的内侧有簧片11，用于与芯片I上的电极引脚1-3实现压合式接触，保证接触的可靠性，转接电路板10外侧有数据接ロ 12，便于将测试信号传输到计算机进行计算和分析。转接电路板10用于将簧片11上的信号引至数据接ロ 12。如图4所示，底板4上设有凸台，该凸台位于石英玻璃6下方，凸台用于放置芯片I。当底板4与中框3对接时，凸台提供了芯片I上的电极引脚1-3与簧片11的压紧力，来保证导电性的良好。LED光源5发射的光线通过石英玻璃6，垂直的照射在芯片I的表面。实例I采用本发明提供的微型高通量气相光电性能综合测试装置对Ti02/Zn0/Fe203复合体系进行光电性能筛选。在该复合材料体系中，共选择了 66个成分点,如表I所不表I Ti02/Zn0/Fe203复合体系中成分与编号的对应关系
权利要求
1.一种用于半导体气相光电性能的高通量测试的芯片，其特征在于，芯片(I)的底层为氧化铝陶瓷基片(1-1)，电极阵列(1-2)通过丝网印刷的方法印制在氧化铝陶瓷基片(1-1)的表面，电极引脚(1-3)通过丝网印刷的方法印制在氧化铝陶瓷基片(1-1)的两侧，在电极阵列(1-2)的每个电极上通过喷墨打印或者丝网印刷的方法印制有各种待测试的半导体光电材料(1-4)。
2.一种利用权利要求I所述芯片构成的高通量测试装置，它包括封闭测试腔体和LED光源(5)，封闭测试腔体由盖板(2)，中框(3)和底板⑷构成，盖板⑵的中间开有一个窗口，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的相对的两个侧壁(A、B)上开有进气口(7)和出气口(8)，另外两个侧壁(C、D)的内侧均安置有传感器(9);所述另外两侧壁(C、D)内开有凹槽,凹槽内各安置有一块转接电路板(10)，转接电路板(10)的内侧有簧片(11)，转接电路板(10)外侧有数据接口(12)，转接电路板(10)用于将簧片(11)上的信号引至数据接口(12)； 底板(4)上设有凸台，该凸台位于石英玻璃(6)下方，凸台用于放置芯片(1)，簧片(11)与芯片电极引脚(1-3)为压合式接触。
全文摘要
本发明公开了一种用于半导体气相光电性能高通量测试的芯片及装置，芯片底层为氧化铝陶瓷基片，电极阵列和电极引脚分别通过丝网印刷的方法印制在基片表面和两侧，每个电极上通过喷墨打印或者丝网印刷的方法印有半导体光电材料。装置包括封闭测试腔体和LED光源，底板上带有用于放置芯片的凸台，簧片与芯片电极引脚为压合式接触。芯片上的电极阵列的集成度可以根据不同的需求进行改动，可扩展性强。装置可以方便的改变光源的波长、光照强度、气氛、湿度、偏置电压等各种测试条件，从而获得丰富的测试结果，建立完善的数据库。并且整个装置结构简单小巧，可靠性好。本发明在室温气敏传感，光探测，光催化等领域都具有重要的应用价值。
文档编号G01R19/00GK102680399SQ20101024385
公开日2012年9月19日 申请日期2010年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者刘源, 曾大文, 李华曜, 谢长生, 陈浩 申请人:华中科技大学