源表级多通道气体敏感测试平台(SMP-4)研发成功

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发布时间：2017-8-31 来源：中科院阅读次数：4897

源表级多通道气体敏感测试平台(SMP-4)

SMP-4源表级多通道气体敏感测试平台，是一个真正科研型的半导体材料气敏性能测试与评估系统。平台由高精度数据采集源表、多通道独立加热系统、匹配电阻程控切换系统、全功能测试板卡、静态测试腔体、动态配气系统、通风排气装置、气瓶柜等构成，属于高精度、多通道、全功能的敏感材料气敏性能测试与表征平台，可为高校、科研院所、高新企业开展半导体材料与器件敏感性能及气敏机制的研究提供一站式解决方案。

一、产品特色
1）此产品不是单独的气敏测试仪，而是包括通风橱、气瓶箱、ZWX-STP4气敏测试仪在内的全功能气体敏感测试平台。适用于搭建全新的气敏实验室
2）独家使用高精度源表（安捷伦）采集电压或电阻信号，精度高，数据更可靠
3）器件的加热，创新地采用功率法控温，即使加热丝个体间存在差异，只要功率设置值一样，加热温度就保持一致
4）超宽的电阻测量范围，G 欧姆级的气敏器件照样可以精确测量。只要材料对气体有响应，就可以准确获得信号的变化
5）匹配电阻1K——1G 欧姆，由测试软件一键切换与锁定
6）兼容所有类型的气敏元件，包括陶瓷管式、平面式、MEMS式
7）配气范围大，ppb、ppm级气体轻松配制，分别由20L、0.4L以及微型测试腔实现
8）多通道均是独立的，独立采集，独立加热，独立设置匹配电阻，由测试软件一键设置
9）定位于材料研究的科研型平台，测试软件去除无用的功能，专注于原始数据的精确采集、程控加热
10）平台后期可升级，测试软件可自已编写、自定义功能；样品测试板卡可更换，以兼容后期新的器件基座

二、性能参数
1）电源：220V，最大功率80W
2）测试通道：4通道，通道间完全独立
3）加热方式：功率控温，功率精度1mW（可自定义），4通道间完全独立
4）电阻测量范围：1 欧姆—100G 欧姆，且测量准确，适用于所有敏感薄膜的测量
5）可测样品类型：陶瓷管、平面、MEMS
6）匹配电阻切换：上位机测试软件一键切换
7）采集间隔：0.1S，可自定义
8）通讯方式：USB
9）配气方式：标配20L，0.4L静态测试腔，选配动态配气系统及微型测试腔
10）通风排气装置：高质量通风橱，宽1.5m
11)气瓶柜：气、液分区，可存放8个钢瓶
12）电脑及测试桌：液晶显示器、主机（联想）、实验测试桌、源表架

三、平台详解

SMP-4气敏测试平台的系统构成

源表级多通道气敏测试仪ZWX-STP4的系统构成

源表级多通道气敏测试仪ZWX-STP4的实物构成

1、高精度的数据采集

SMP-4采用高精度数字源表采集器件的电压/电阻信号

为保证数据采集的准确性与可靠性，与传统测试设备采用自已开发的测试板或数据采集卡不同，SMP-4创新性地采用高精度数字源表采集器件的电阻或电压信号；电压精度mV级，采集的数据精确可靠；采集间隔ms级，精确捕捉每一变化瞬间；每个通道均由一个源表独立采集，多通道多源表，数据实时显示，分类存储。

2、准确可靠的加热功能

相比于传统的电压、电流控温法，功率控温符合能量守恒，温度控制更为准确

敏感材料随工作温度的不同，其灵敏度、选择性及恢复特性也不同。因此，通常需要评估其气敏性能参数的温度依赖特性，并寻找最佳工作温度点。气敏元器件的加热功能是通过加热丝来实现的，传统的做法是对加热丝施加某一电压V或电流I来实现。比如，对8个待测器件，每一器件均施加4V的电压或0.6A的电流，并认为每一器件具有同样的工作温度。然而，加热丝个体间存在一定差异，电阻并不相同，且随温度的变化加热丝的电阻变化也较大，即：不同的加热丝电阻并不相同，产生的热量也就不一样。
SMP-4摒弃传统的电压、电流法，基于能量守恒原则，采用更科学的功率法控温；即使器件类型不同、加热丝有个体差异，加热温度仍然保持一致；功率的控制由高精度源表实现，控温精准；加热方式功率精度1mW，温度精度可低至1^oC，偏离设定温度时自动纠正；多通道独立控温，可分别设置不同加热功率。

3、G 欧姆级电阻测量极限

1K—1G 欧姆匹配电阻通过上位机测试程序一键切换，每个通道均可单独设置

对于传统的测试设备，当样品电阻超过10M或100M时，采集的数据实际上是相当不准确的（传统设备硬件设计的缺陷）；而半导体材料作为敏感薄膜，在无修饰、无掺杂状态下的体电阻通常大于100M；同时，当突然注入某气体时传感器阻值的变化也可能大于100M。此种特殊情况下，传统设备在评估气体传感器件的稳定性、重复性时将增加不确定因素，造成每次测量都无法重复的假象。
SMP-4具有超宽的样品电阻测量范围，几欧姆至十几G 欧姆均可精确测量；匹配电阻1K ~ 1G欧姆通过测试软件一键切换，无须手动更换匹配电阻板卡；多通道间相互独立，可为每通道设置不同的匹配电阻；对于不同类型、阻值差异性很大的器件，也可同时进行精确测量，对比评估其气敏性能的差异。

4、不同类型的气敏器件全兼容

可兼容陶瓷管、平面电极、MEMS式气体传感器的测试板

传统测试设备只有一种器件基座，只能对一种类型的气敏器件进行性能的测量，这种封闭性的特点使其难以成为真正的“科研型气敏测试平台”。
SMP-4平台的测试板卡具有开放性与定制性的特点，目前兼容包括陶瓷管、平面电极、MEMS在内的所有类型的气敏器件；且测试板卡可升级，可自定义测试样品尺寸参数，以兼容后期的新型器件；即使器件类型不同，也可通过不同的测试通道同时进行测试与表征，以对比评估其气敏性能。

5、ppb、ppm级配气

20L传统的测试腔、0.4L小型测试腔，都可以实现多通道测试。如果有测试需求，我们甚至可以在两个测试腔中各放2个样品

我们通常会有这样的测试需求：对于超灵敏的气敏器件，需要配制超低浓度（如ppb级）的目标气，以获取高质量的浓度曲线以及最低探测限；而对于不太灵敏的器件，则需要配制一系列几十甚至几百ppm的目标气，才可以获得较为完美的气敏曲线。因此，对于同一测试平台，需要一系列不同体积的测试腔以满足不同的配气需求。
SMP-4标配20L的传统测试腔，配气浓度可低至ppb；同时，标配有0.4L的多通道小型测试腔，可轻松配制一系列几百ppm的目标气。此外，还可选配动态配气系统及配套的微型腔，目标气的浓度随时动态变化。
20L与0.4L的静态测试腔，均可同时进行多通道测试。

6、为气敏而设计的气瓶柜，气、液、气袋分区存放
气瓶柜专为气敏测试而设计，分上中下三层，用于存放气瓶、酒精等液体试剂、气袋和注射器；气瓶柜可定制，依据静态、动态配气的需求设计体积、钻孔、布置气路管道。

7、专为平台设计的上位机软件
上位机软件摒弃花哨的功能，匠心独运，专注于采集更为精准的原始数据；采集软件是开放性的，用户甚至可以自己通过编程实现数据的个性化采集（I，V，R等）、并自定义加热的模式（功率、升温速率、定时加热、自动阶梯加热等）。