專利名稱：一種在寬溫區(qū)精確測量變溫橢圓偏振的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在寬溫區(qū)精確測量變溫橢圓偏振的裝置，屬光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
橢圓偏振測量技術(shù)(簡稱橢偏技術(shù))是利用偏振光束在界面或薄膜上反射或透射時(shí)出現(xiàn)偏振態(tài)的變化，研究界面或薄膜特性的一種光學(xué)方法。橢偏技術(shù)具有抗干擾性強(qiáng)、高靈敏度、對(duì)樣品無特殊要求等優(yōu)點(diǎn)，因而在材料科學(xué)、微電子技術(shù)、薄膜技術(shù)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。常溫橢圓偏振測量術(shù)測試溫度限制大，不能控溫，無法進(jìn)行樣品在不同溫度區(qū)間的測量，而許多材料在非室溫條件下的光電性質(zhì)也亟待研究，因此，現(xiàn)有的常溫橢圓偏振測量裝置，就無法實(shí)現(xiàn)對(duì)于樣品在非室溫條件下光電性質(zhì)的測量?，F(xiàn)在已有可變溫橢圓偏振測量技術(shù)，如申請(qǐng)?zhí)枮?01110030726.6、實(shí)用新型名稱為“一種溫度可變橢圓偏振測量儀樣品室裝置及其變溫方法”、實(shí)用新型人為鄭玉祥、蔡清元、陳良堯、張榮君、李晶、王松有、楊月梅，公開了一種溫度可變橢圓偏振儀樣品室裝置及變溫方法。其中裝置包括氣瓶，氣閥，電磁閥，杜瓦瓶，樣品室，樣品臺(tái)，加熱電阻器，溫度傳感器，溫度控制器等。樣品室分成上腔體和下腔體兩部分，下腔體呈長方體，上腔體側(cè)面呈梯形，在上腔體的兩側(cè)斜面上開有光學(xué)窗口。所述變溫方法分為高溫模式和低溫模式兩種。在低溫模式中，利用常溫氣體加熱低溫液體產(chǎn)生低溫制冷氣體，將低溫制冷氣體經(jīng)隔熱輸氣管道注入樣品室，使樣品臺(tái)達(dá)到設(shè)定低溫。在高溫模式中，通過加熱電阻器加熱，使樣品臺(tái)達(dá)到設(shè)定高溫。但現(xiàn)有技術(shù)主要存在如下兩個(gè)不足:1.變溫區(qū)間窄:低溫溫區(qū)無法達(dá)到液氮溫度即77L2.控溫精度差:由于控溫電路設(shè)計(jì)方面的不足，無法實(shí)現(xiàn)高精度(0.1K)的溫度控制。本裝置和方法不再采用現(xiàn)有技術(shù)中的通過液氮制冷氮?dú)?，再通過已制冷的氮?dú)鈱?duì)樣品進(jìn)行制冷，而是采用液氮直接冷卻樣品，從而能使低溫區(qū)的溫度下限達(dá)到液氮溫度77K。如果將液氮換為液氦，還有繼續(xù)擴(kuò)充變溫區(qū)間的潛力。另一方面，本裝置和方法通過對(duì)控溫電路算法和設(shè)計(jì)上的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了控溫精度的提高。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷與不足，本實(shí)用新型提出了一種在寬溫區(qū)精確測量變溫橢圓偏振的裝置。本實(shí)用新型專利的技術(shù)方案是按以下方式實(shí)現(xiàn)的:一種在寬溫區(qū)精確測量變溫橢圓偏振的裝置，包括光譜式橢偏儀，恒溫裝置和控溫系統(tǒng)，其特征在于恒溫裝置包括杜瓦瓶、載物臺(tái)、基座和三維可調(diào)節(jié)平臺(tái)，三維可調(diào)節(jié)平臺(tái)位于基座上方，能進(jìn)行三維方向調(diào)節(jié)，載物臺(tái)為方桶狀，上面開口，下面帶底封閉，其四側(cè)面上開有相對(duì)的四個(gè)窗口，分別由石英玻璃封裝密閉，前后兩個(gè)相對(duì)的窗口為觀察窗口，左右兩個(gè)窗口為測量窗口 ；載物臺(tái)下底面帶有電熱絲，載物臺(tái)位于杜瓦瓶內(nèi)下部，載物臺(tái)內(nèi)與杜瓦瓶內(nèi)相連通，杜瓦瓶連同載物臺(tái)置于三維可調(diào)節(jié)平臺(tái)上面，杜瓦瓶上面加蓋封閉，蓋上面帶有調(diào)節(jié)閥(液氮加注口)(通過此口注入液氮即冷量)、溫度傳感器安裝口和真空閥；控溫系統(tǒng)包括溫度傳感器、放大器、單片機(jī)，其中溫度傳感器安裝在載物臺(tái)上，溫度傳感器經(jīng)溫度傳感器安裝口由導(dǎo)線連接到放大器的輸入端，放大器的輸出端連接到單片機(jī)，單片機(jī)的控制端口連接貼于載物臺(tái)下部底面的電熱絲上以產(chǎn)生熱量，控制加熱絲電流以調(diào)整杜瓦瓶內(nèi)冷量和熱量的平衡從而控制溫度；光譜式橢偏儀的入射臂和出射臂分別位于載物臺(tái)側(cè)面的兩個(gè)測量窗口處以對(duì)放置在載物臺(tái)內(nèi)的待測樣品進(jìn)行橢圓偏振測量。所述放大器是通用集成運(yùn)放，型號(hào)為LM6162。所述載物臺(tái)是銅質(zhì)材料的載物臺(tái)。一種利用上述裝置進(jìn)行寬溫區(qū)精確變溫測量的方法，步驟如下:1.將樣品置于恒溫裝置的載物臺(tái)上，打開杜瓦瓶上的真空閥對(duì)杜瓦瓶抽真空；2.橢圓偏振測量儀開機(jī)，將光譜式橢偏儀的入射臂和出射臂分別位于載物臺(tái)側(cè)面的兩個(gè)測量窗口處以對(duì)放置在載物臺(tái)內(nèi)的樣品進(jìn)行橢圓偏振測量；3.調(diào)節(jié)三維可調(diào)節(jié)平臺(tái)，使待測樣品處于接受的反射光強(qiáng)最大的測量位置；4.打開調(diào)節(jié)閥(液氮加注口)，將液氮按一定注入速度注入到杜瓦瓶內(nèi)，預(yù)先設(shè)置單片機(jī)所控溫度，由單片機(jī)控制電熱絲的電流，對(duì)經(jīng)調(diào)節(jié)閥(液氮加注口)注入杜瓦瓶的液氮(冷量)進(jìn)行中和，以達(dá)到對(duì)杜瓦瓶內(nèi)的溫度進(jìn)行控制之目的；5.通過安裝在杜瓦瓶內(nèi)的溫度傳感器采集杜瓦瓶內(nèi)的溫度信號(hào)，將該溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后經(jīng)放大器放大，然后輸入單片機(jī)中進(jìn)行比較判斷，以控制電熱絲的電流，即對(duì)注入杜瓦瓶的液氮(冷量)進(jìn)行中和，使溫度接近所設(shè)置的控溫溫度；6.待杜瓦瓶內(nèi)的溫度處于所設(shè)置控溫溫度時(shí)，設(shè)置橢圓偏振儀測量參數(shù)，對(duì)載物臺(tái)內(nèi)的樣品進(jìn)行參數(shù)測量；7.改變預(yù)先設(shè)置單片機(jī)所控溫度值，重復(fù)步驟4到6，進(jìn)行另一預(yù)設(shè)溫度下的測量。本實(shí)用新型采用液氮與電熱絲配合，實(shí)現(xiàn)從77K到423K溫度區(qū)間的變溫測量。采用自主設(shè)計(jì)的自動(dòng)控溫裝置，實(shí)現(xiàn)精度達(dá)0.1K的精確控溫。因此，本實(shí)用新型專利實(shí)現(xiàn)了在寬溫區(qū)精確變溫的橢圓偏振測量。本實(shí)用新型利用上述裝置進(jìn)行寬溫區(qū)精確變溫橢圓偏振測量的原理如下:將樣品置于真空恒溫器中的載物臺(tái)上，在恒溫器中注入液氮，使載物臺(tái)達(dá)到液氮溫度77K，通過液氮注入流量以及電熱絲加熱電流的配合，利用控溫電子裝置實(shí)現(xiàn)從77K到423K的自動(dòng)精確控制，從而實(shí)現(xiàn)樣品在寬溫區(qū)精確變溫橢偏測量。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):控溫精度高，變溫區(qū)域大，實(shí)用性強(qiáng)，成本低。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。其中:1.入射臂，2.杜瓦瓶，3.真空閥，4.調(diào)節(jié)閥(液氮加注口)，5.溫度傳感器安裝口，6.控溫系統(tǒng)，7.出射臂，8.載物臺(tái)(冷頭)，9.測量窗口，10.待測樣品，11.電熱絲，
12.三維可調(diào)節(jié)平臺(tái)，13.基座，18.觀察窗口。圖2是本實(shí)用新型的控溫系統(tǒng)的電路連接方框示意圖。其中:14.單片機(jī)，15.溫度傳感器，16.放大器，17.電熱絲。[0023]圖3是本實(shí)用新型的控溫系統(tǒng)中放大器的電路連接示意圖。其中:R1經(jīng)電源正極接到LM6162的輸入端即2腳，溫度傳感器經(jīng)電容器Cl的輸出端也連接到LM6162的輸入端，LM6162的輸出端即第6腳一方面經(jīng)電阻R2接到電源正極，另一方面經(jīng)電容器Cl連接到單片機(jī)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明，但不限于此。實(shí)施例:—種在寬溫區(qū)精確測量變溫橢圓偏振的裝置，如圖1-3所示，包括光譜式橢偏儀，恒溫裝置和控溫系統(tǒng)6，其特征在于恒溫裝置包括杜瓦瓶2、載物臺(tái)8、基座13和三維可調(diào)節(jié)平臺(tái)12，三維可調(diào)節(jié)平臺(tái)12位于基座13上方，能進(jìn)行三維方向調(diào)節(jié)，載物臺(tái)8為方桶狀，上面開口，下面帶底封閉，其四側(cè)面上開有相對(duì)的四個(gè)窗口，分別由石英玻璃封裝密閉，前后兩個(gè)相對(duì)的窗口為觀察窗口 18，左右兩個(gè)窗口為測量窗口 9 ;載物臺(tái)8下底面帶有電熱絲11，載物臺(tái)8位于杜瓦瓶2內(nèi)下部，載物臺(tái)8內(nèi)與杜瓦瓶2內(nèi)相連通，杜瓦瓶2連同載物臺(tái)8置于三維可調(diào)節(jié)平臺(tái)12上面，杜瓦瓶2上面加蓋封閉，蓋上面帶有調(diào)節(jié)閥4(液氮加注口)(通過此口注入液氮即冷量)、溫度傳感器安裝口 5和真空閥3 ;控溫系統(tǒng)6包括溫度傳感器15、放大器16、單片機(jī)14，其中溫度傳感器15安裝在載物臺(tái)8上，溫度傳感器15經(jīng)溫度傳感器安裝口 5由導(dǎo)線連接到放大器16的輸入端，放大器16的輸出端連接到單片機(jī)14，單片機(jī)14的控制端口連接貼于載物臺(tái)8下部底面的電熱絲11上以產(chǎn)生熱量，控制加熱絲電流以調(diào)整杜瓦瓶2內(nèi)冷量和熱量的平衡從而控制溫度；光譜式橢偏儀的入射臂I和出射臂7分別位于載物臺(tái)8側(cè)面的兩個(gè)測量窗口 9處以對(duì)放置在載物臺(tái)8內(nèi)的待測樣品10進(jìn)行橢圓偏振測量。所述放大器16是通用集成運(yùn)放,型號(hào)為LM6162。所述載物臺(tái)8是銅質(zhì)材料的載物臺(tái)。
權(quán)利要求1.一種在寬溫區(qū)精確測量變溫橢圓偏振的裝置，包括光譜式橢偏儀，恒溫裝置和控溫系統(tǒng)，其特征在于恒溫裝置包括杜瓦瓶、載物臺(tái)、基座和三維可調(diào)節(jié)平臺(tái)，三維可調(diào)節(jié)平臺(tái)位于基座上方，能進(jìn)行三維方向調(diào)節(jié)，載物臺(tái)為方桶狀，上面開口，下面帶底封閉，其四側(cè)面上開有相對(duì)的四個(gè)窗口，分別由石英玻璃封裝密閉，前后兩個(gè)相對(duì)的窗口為觀察窗口，左右兩個(gè)窗口為測量窗口 ；載物臺(tái)下底面帶有電熱絲，載物臺(tái)位于杜瓦瓶內(nèi)下部，載物臺(tái)內(nèi)與杜瓦瓶內(nèi)相連通，杜瓦瓶連同載物臺(tái)置于三維可調(diào)節(jié)平臺(tái)上面，杜瓦瓶上面加蓋封閉，蓋上面帶有調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器安裝口和真空閥；控溫系統(tǒng)包括溫度傳感器、放大器、單片機(jī)，其中溫度傳感器安裝在載物臺(tái)上，溫度傳感器經(jīng)溫度傳感器安裝口由導(dǎo)線連接到放大器的輸入端，放大器的輸出端連接到單片機(jī)，單片機(jī)的控制端口連接貼于載物臺(tái)下部底面的電熱絲上以產(chǎn)生熱量，控制加熱絲電流以調(diào)整杜瓦瓶內(nèi)冷量和熱量的平衡從而控制溫度；光譜式橢偏儀的入射臂和出射臂分別位于載物臺(tái)側(cè)面的兩個(gè)測量窗口處以對(duì)放置在載物臺(tái)內(nèi)的待測樣品進(jìn)行橢圓偏振測量。
2.如權(quán)利要求1所述的一種在寬溫區(qū)精確測量變溫橢圓偏振的裝置，其特征在于所述放大器是通用集成運(yùn)放，型號(hào)為LM6162。
3.如權(quán)利要求1所述的一種在寬溫區(qū)精確測量變溫橢圓偏振的裝置，其特征在于所述載物臺(tái)是銅質(zhì)材料的載物臺(tái)。
專利摘要一種在寬溫區(qū)精確測量變溫橢圓偏振的裝置，屬光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域。該裝置由光譜式橢圓偏振儀、恒溫裝置和控溫系統(tǒng)組成。通過控溫系統(tǒng)預(yù)設(shè)控溫溫度，并控制恒溫裝置中的電熱絲產(chǎn)生熱量，與注入恒溫裝置的液氮中和，達(dá)到預(yù)設(shè)的控溫溫度。從而實(shí)現(xiàn)在寬溫區(qū)(77K到423K)精確變溫橢圓偏振測量。該裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是變溫區(qū)域大，控溫精度高，實(shí)用性強(qiáng)，成本低。
文檔編號(hào)G01J4/00GK203083705SQ20132006154
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者連潔, 高尚, 孫兆宗, 王曉, 李萍, 王英順, 趙明琳, 于曉紅 申請(qǐng)人:山東大學(xué)