Lake Shore低溫探針臺選型指南！從先進技術到全新應用全方位解析
低溫探針臺是科學研究和技術開發中非常重要的設備之一。美國Lake Shore公司研發推出的一系列先進的低溫探針臺，實現了史無前例的精準環境控制和可重復的測量。設備經過專有的熱學設計，確保了樣品的溫度在測試時獲得盡可能高的置信度，搭配其研發的ZN50R-CVT探頭，能有效減少熱脹冷縮效應，確保在大范圍溫度變化時還能獲得穩定的針尖位置，讓連續可變溫度下的無人值守測量成為可能。該設備典型的應用包括在高低溫下的 I-V 和 C-V 曲線測量、微波和光電響應測量、表征可變磁場中的磁輸運特性，測量霍爾效應以了解載流子及遷移率，以及其他各種材料研究等。
Lake Shore低溫探針臺系列
納米電子學
磁學&自旋電子學
有機&分子電子學
半導體
光電子學
微波電子學
量子器件
超導材料
MEMS/NEMS
低噪聲 RF
鐵電材料
薄膜
紅外探測器
......
| ? 最大±2.5T磁場 |
| 低溫至1.6K，高溫至675K |
| fA級低漏電測量 |
| 最高67GHz高頻探針 |
| 3 kV 高電壓探針（定制） |
| 大溫區低溫漂探針 |
| 真空腔聯用傳送樣品（定制） |
| ＜30 nm低振動適用于顯微光學測量 |
| 無需翻轉磁場快速霍爾效應測試 |
| 多通道高精度低噪聲綜合電學測量 |
| CV、鐵電、半導體分析測試 |
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超導射頻 MEMS 濾波器設計
一種新型超導射頻 MEMS 開關實現了在電容器組中切換不同的電容值。該電容器組被單片集成到并聯帶阻諧振器中。圖 1 顯示了可調諧諧振器的電路模型。該諧振器由一個集總元件螺旋電感器和一個開關電容器組串聯組成。圖2展示了帶有電容器組的單片集成帶阻諧振器的圖片。該器件的尺寸為 2.7 mm × 1.3 mm，是高品質因數可調諧振器的微型化佳例。
為展示該可調諧諧振器的性能，作者在Lake Shore低溫探針臺上使用兩個地-信號-地（GSG）探針進行測量。圖 3 顯示了可調諧諧振器在 4 K 時三種狀態的測量結果。當所有開關都關閉時（狀態 I），諧振頻率最初為 1.107 GHz；當第一和第二個開關打開時，諧振頻率分別變為 1.057 GHz 和 1.025 GHz。
參考：Raafat R. Mansour, 博士, 教授，電氣與計算機工程系，滑鐵盧大學
相關配置：
微波探針，可選40 GHz 或 67 GHz
DLTS/DLOS用于測量半導體器件中的缺陷
深能級瞬態光譜（DLTS）是一種測量各種器件中半導體和界面缺陷的強大技術。對于基于寬帶隙的器件，深能級光譜（DLOS）能夠探測深度超過~1eV的熱極限，并探測少數載流子半帶隙中的缺陷。傳統上，這些技術都在肖特基或 p-n 結上進行。近年來，這些技術也開始應用于金屬-絕緣體-半導體電容器 (MISCaps)，以準確量化整個界面帶隙的界面態密度。
圖4顯示了測量界面狀態的典型結構，圖5顯示了圖4中樣品的熱和光學DLTS/DDLOS掃描結果。界面狀態與頻率色散直接相關，并可能在典型器件中引起許多與性能相關的問題，如漏電通路、瞬態閾值電壓偏移、噪聲等。
Lake Shore 低溫探針臺非常適合進行DLTS測試，因為它可以在很寬的范圍內掃描溫度，并提供方便的光學通道，以便用單色光照射樣品進行 DLOS測試。作者專為此研究定制了適用變溫探針，可以掃描數百開爾文的溫度，而不會出現觸點滑動或破壞精密觸點。這在許多其他低溫探針臺上是不可能實現的。
圖4：用于分析絕緣體-半導體界面處界面態密度的金屬-絕緣體-半導體結構，特別是使用深層瞬態和光學光譜（DLTS/DLOS）對原子層沉積（ALD）-生長的 Al2O3/n-type NH3-MBE 生長的 GaN 界面進行量化。
圖 5：圖 4 中 ALD Al2O3/GaN 界面處的界面態密度 (Dit)，使用熱基 DLTS 測量 GaN 導帶 0.8 eV 范圍內的態，使用氙 (Xe) 燈測量中隙至 GaN 價帶的光激發發射基 DLOS。
參考：Aaron Arehart，博士，教授，電子與計算機工程系，俄亥俄州立大學
相關配置：
400 ~ 2100 nm，多模
200 ~ 900 nm，多模
1290 ~ 1650 nm ，單模
光纖探針臂及測試示意
適用變溫探針
在100K以上至幾百K溫度范圍無需抬針落針
1. 取決于不同的探針臺型號
2. 不同的探針材料和電極材料都會影響溫度范圍
納米結構與器件低電平測量
新型半導體材料、高溫超導體、新型光伏器件和有機電子材料的研究通常需要低電平的源和測量，因為這些材料通常是納米結構。超小型結構的類型包括二維（2D）納米電子結構、量子點、多原子層異質結構和有機半導體結構。這些超小結構會受到熱耗散的破壞。隨著器件結構越來越小，這些小型結構只能承受極低的激勵電流和電壓，從而使可測量信號降低到接近典型儀器和實驗裝置的噪聲本底。因此，完全表征這些結構所需的最終測量結果是非常低的信號，因此經常被顯著水平的電力線、熱和其他類型的環境噪聲信號污染。
低溫探針臺與M81多通道高精度低噪聲綜合電學測量儀
只要電路中存在不同金屬之間的連接，就會產生熱偏移電壓。在對需要低電平刺激信號的納米材料進行表征時，熱偏移電壓可能與測量信號的數量級相當。圖 6 顯示了一種測試配置，其中熱電壓誤差被建模為疊加元件直流電壓。此外，向納米材料供電很容易導致材料發熱，從而可能導致其特性發生變化。
圖6：熱電壓誤差建模為直流電壓源。在進行低電平測量時，熱電壓誤差是測量誤差的重要來源。
源的極性反轉、多個測量步驟和測量延遲等都可以消除熱偏移誤差。M81-SSM 的DC+AC同步信號源和測量可幫助用戶確定直流熱偏移誤差的特性。直流偏壓上的交流激勵可以消除直流熱偏移所需的兩次單獨的直流電壓測量，同時提供樣品或器件表征所需的直流偏壓。此外，同時結合直流和交流測量，可以更深入地了解被測量器件，并快速地計算電阻、阻抗和來自測量信號的諧波等。
圖7：M81一個源可同時疊加DC+AC輸出
結合同步直流和交流信號源和測量優勢的另一個例子是同時表征非線性器件的大信號和小信號性能。如圖8所示，在變化的直流偏壓上疊加交流信號，可產生直接測量微分電導的參數。直流偏置可以單獨或同時測量非線性器件的大信號性能，這可能會暴露直流電平非線性特性和其他相關的二階效應。
圖8：將交流和直流信號源與測量相結合，可在微分電導應用中通過一次激勵掃描表征非線性器件的小信號和大信號性能。
圖9：M81的VM-10電壓測量模塊的無縫量程變化測量，在需要多次量程變化的信號掃描應用中，可顯著減少或消除典型的量程變化引起的測量偏移/不連續。
系統采用M81的BCS-10低噪聲平衡電流源、VM-10納伏測量模塊（如圖9所示）以及M81內部自帶的鎖相測量模塊，可以進行超高精度的低電平電學測量。這樣，系統不僅可以輕松地測量超導材料從~1MΩ電阻連續變化至1mΩ級的電阻率（如圖10所示），而且由于不需要進行量程切換，因此不會出現數據漂移問題。
圖10：M81對超導材料從~1 MΩ連續變化至1 mΩ的電阻測量
超導磁體低溫探針臺的快速霍爾效應測量
傳統的變溫霍爾效應測試在低溫下一次只能測幾個樣品，需要經常通過升降溫來更換樣品，在超導磁體平臺的系統可以進行強磁場與極低溫環境的霍爾效應測試，而傳統的霍爾效應測試方法中需要磁場的正反切換，需要數個小時的時間來完成。面對需要進行多個器件的低溫強磁場下的霍爾效應測試時，傳統的霍爾效應測試需要耗費大量的測試時間。
Lake Shore配置超導磁體的低溫探針臺與M91快速霍爾效應測試儀的組合，可以有效地解決上述問題。M91是一款革命性的一體化霍爾分析儀器，它采用了Lake Shore全新FastHall測量專利技術（專利號：9797965和10073151），從根本上改變了霍爾效應的測量方式，在測量過程中無需翻轉磁場，尤其是在使用強磁場超導磁體或測量極低遷移率材料時，實現了更快、更精確的測量。同時，M91較短的測量窗口減少了樣品參數因測量中的自熱或環境溫度變化而漂移帶來的誤差，單向磁場測試模式消除了由于磁場對準誤差引起的測量偏差，從而進一步提高了測量結果的質量。
M91快速霍爾測量儀
主要特征：
? 革命性的FastHall測試技術
? 一體化儀器
? 無需磁場翻轉
? 低遷移率材料的速度可達常規設備100倍
? 通過最小化熱漂移提高精度
? 測試遷移率低至10-3 cm2/V ?s
? 標準電阻范圍從10 mΩ~10 MΩ，可選200 GΩ
Lake Shore的低溫探針臺擁有著1.6K~675K的可選溫區、超導磁體/電磁鐵、干式或濕式以及多種測量配置如直流、RF、光纖、CV等，還有多種交鑰匙的測試選件如M91快速霍爾效應測量、M81多通道高精度低噪聲綜合電學測試系統等供您選擇！
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