半导体变温样品台的研发

扫码查看

原文链接

NETL

中文摘要：在材料科学领域的探索研究中，二氧化钒因其在室温附近具有金属-绝缘体相变的特性而应用广泛，这种相变特性表现为在很小的温度范围内电阻率发生多个数量级的变化。二氧化钒薄膜的金属-绝缘体相变，其结晶方位依存性、厚度依存性以及量子尺寸效应等分析，是进一步探索二氧化钒薄膜的相变本质和产业应用的重要工作。由于真空中的样品在室温附近散热较慢，室温附近样品的精准控温一直是待解难题。本文所设计的半导体变温样品台采用半导体制冷方式，精确控制待测样品在室温附近的温度变化，精准测量样品的温度-电阻曲线。变温台上配备8个同轴电缆馈通，可最多同时对4个样品进行电学测量，提高实验效率。样品台可实现真空环境或导入特殊气体状态下的样品电阻测试，其扁平结构设计也容易放置在光学显微镜下观察或进行红外光谱研究。整体设计结构紧凑，便于搬运，实验操作便捷，测试成本低，易于完成且完成性较好，在提供真空环境的同时无机械震动。在对半导体变温样品台的机械结构设计中，提出了样品台的设计需求与设计方案，通过对各部分零件的设计建模及分析，确定了半导体变温样品台的整体结构，并将各部分零件生产、装配。在整个样品台变温系统的电路控制中，采用PLC程序控制配合组态软件人机界面的操作控制，完成了对PLC梯形图程序的设计以及组态软件界面的设计，并将系统各部分组件合理建立联系。文中通过分析PID温度控制系统，对样品台温控系统进行了优化设计，将模糊PID控制与样品台温控系统结合，并通过MATLAB仿真软件对其进行仿真，验证了设计可行性。通过变温样品台实际运行，对其恒温及变温温控性能进行了测试，测试实验表明，温控精度为±0.01℃，在-45℃至160℃温度范围内所设计的变温样品台具备提供连续均匀温度变化的能力。通过对大量的二氧化钒薄膜样品的测试实验，验证了所设计的半导体变温样品台能够同时测量多个样品的温度-电阻曲线，温控精度高，所测量的数据稳定且具有较高研究价值，对测试二氧化钒样品的金属-绝缘体相变发挥重要作用，验证了设计的可行性。

作者：

张文彬

展开 >

关键词：

二氧化钒薄膜半导体变温样品台温控技术真空技术

授予学位：

硕士

学科专业：

机械工程

导师：

郭方准

学位年度：

2023

学位授予单位：

大连交通大学

语种：

中文

中图分类号：