教師用于的光電雙功能原位樣品桿項(xiàng)目方案論證

1、設(shè)計(jì)方案論證一、目標(biāo)及步驟課題目標(biāo)：在 TEM 電鏡的樣品桿中引入不同波長的光源，制作完成步驟：1）制作基片； 2）焊接微型 led；供電電路和測試電路。3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求設(shè)計(jì)制作供電電路；4）搭建測試電路。二、方案設(shè)計(jì)1）基片的1）將 0.05mm 厚的藍(lán)寶石切割成 3.85mmx2.45mm 的方形基片，將方形基片的每條對角線四等分，在除中心點(diǎn)外的四等分點(diǎn)處打孔，孔徑均為 0.3mm，用于導(dǎo)電和放置承載樣品的金線；2）用 600 目砂將鉆孔后的基片兩面均打磨光滑，置于裝有 85%的離心管中，并將上述離心管放在超聲波機(jī)中洗滌；3）結(jié)束后將方形基片置于干燥箱中干燥，干燥結(jié)束后將方形基片置于潔凈容

2、器中冷卻；4）待基片冷卻后將兩條 0.5mm 寬的錫箔紙成十字型貼于基片一面，使每條錫箔紙與方形基片對邊中點(diǎn)相交，基片的另一面按相同方法處理，并用 0.5mm 寬的錫箔紙將基片四周包裹；5）將包裹好的方形基片置于離子濺射儀中，每一面用金離子濺射 20 分鐘以達(dá)到電極的完全鍍制；6）待基片鍍電極完成后，將貼于方形基片上的錫箔紙撕下，并將基片置于 300攝氏度的中退火；2）微型 led 的焊接取一片退火后方形基片，一片 0402 貼片 LED，在光學(xué)顯微鏡下，將 0402LED 兩電極上蘸上適量銀膠并迅速準(zhǔn)確貼于方形基片的相鄰兩電極上，放置一段時(shí)間等待銀膠凝固后，對兩電極加電壓進(jìn)試，若 led 點(diǎn)

3、亮則完成了微型 led的焊接。3）供電電路設(shè)計(jì)與制作因?yàn)閷?shí)驗(yàn)過程需要各種供電模式，所以既要保證電源的低噪聲，又要保證電源的輸出模式可控，所以我們結(jié)合了 MCU 和超低壓差穩(wěn)壓源。制作了一套電（1）本電源主要包括 4x4 矩陣鍵盤輸入模塊、LCD12864 顯示模塊、TSP7A7001 超低壓差線性穩(wěn)壓模塊、AD 采樣模塊和 MSP430F2618 主控 MCU 模塊。（2）4x4 矩陣鍵盤由 16 個(gè) 6*6*5mm 的微動(dòng)開關(guān)焊接而成，通過 8 根引腳與MSP430F2618 電連接，用于輸入信號(hào)；（3）LCD12864 液晶模塊帶中文字庫，通過 20 根引腳與 MSP430F2618 電連

4、接，用于顯示輸入輸出參數(shù)、電源工作模式等；（4）AD 采樣模塊輸出電壓幅度信號(hào)并在 LCD12864 中實(shí)時(shí)顯示，通過 2 根引腳與 MSP430F2618 電連接；（5）MSP430F2618 主控 MCU 模塊采用美國德州儀器（TI）公司推出的超低功耗MCU 系列中的 MSP430F2618，電源模塊的工作狀態(tài)，該低功耗，集成度高，性能優(yōu)越，適合本發(fā)明；4）測試電路搭建， 我們搭建的測試系統(tǒng)主要選用了美國 Keithley 儀器公司的Keithley2420 儀器，通過從光電原位樣品桿中引出電學(xué)測試回路接入到該儀器中， 通過 DC-DC 電源點(diǎn)亮 SMLED 施加光信號(hào)，然后就可以通過 K

5、eithley2420 測試樣品的 I-V、I-T、V-T 等電學(xué)特性，數(shù)據(jù)可以直接由電腦，實(shí)時(shí)分析。案論證1）基片材料選擇方案：實(shí)驗(yàn)中采用的是藍(lán)寶石作為基片的材料，有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）藍(lán)寶石襯底有許多的優(yōu)點(diǎn)：首先，藍(lán)寶石襯底的生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量較好；其次，藍(lán)寶石的穩(wěn)定性很好，能夠運(yùn)用在高溫生長過程中；最后，藍(lán)寶石的機(jī)械強(qiáng)度高，易于處理和。因此，大多數(shù)工藝一般都以藍(lán)寶石作為襯底（2）藍(lán)寶石的硬度非常高，在自然材料中其硬度僅次于石，但是在 LED 器件的制作過程中卻需要對它進(jìn)行減薄和切割（從 400m 減到 100m 左右）。添置完成減薄和切割工藝的設(shè)備又要增加一筆較大的投資。2）微型 led

6、 的焊接方案：導(dǎo)電銀膠是一種或干燥后具有一定導(dǎo)電性能的膠黏劑，它通常以基體樹脂和導(dǎo)電填料即導(dǎo)電粒子為主要組成成分， 通過基體樹脂的粘接作用把導(dǎo)電粒子結(jié)合在一起， 形成導(dǎo)電通路， 實(shí)現(xiàn)被粘材料的導(dǎo)電連接。導(dǎo)電銀膠已廣泛應(yīng)用于液晶顯示屏（LCD）、發(fā)光二極管（LED）、集成電路(IC)、印刷線路板組件(PCBA)、點(diǎn)陣塊、陶瓷電容、薄膜開關(guān)、智能卡、射頻識(shí)別等電子元件和組件的封裝和粘接, 有逐步取代傳統(tǒng)的錫焊焊接的趨勢。（1）導(dǎo)電銀膠粘劑用于微電子裝配,包括細(xì)導(dǎo)線與印刷線路、電鍍底板、陶瓷被粘物的、金屬底盤連接,粘接導(dǎo)線與管座,粘接元件與穿過印刷線路的平面孔,粘接波導(dǎo)調(diào)諧以及孔修補(bǔ)。（2）導(dǎo)電銀膠

7、粘劑用于取代焊接溫度超過因焊接形成氧化膜時(shí)耐受能力的點(diǎn)焊.導(dǎo)電銀膠粘劑作為錫鉛焊料的替代晶,其主要應(yīng)用范圍如：和移動(dòng)通信系統(tǒng)；廣播、電視、計(jì)算機(jī)等行業(yè)；汽車工業(yè)；醫(yī)用設(shè)備；解決電磁兼容(EMC)等方面。（3） 導(dǎo)電銀膠粘劑的另一應(yīng)用就是在鐵電體裝置中用于電極片與磁體晶體的粘接.導(dǎo)電銀膠粘劑可取代焊藥和晶體因焊接溫度趨于沉積的焊接.用于電池接線柱的粘接是當(dāng)焊接溫度不利時(shí)導(dǎo)電銀膠粘劑的又一用途。（4）導(dǎo)電銀膠粘劑能形成足夠強(qiáng)度的接頭,因此,可以用作結(jié)構(gòu)膠粘劑。3）供電電源選擇方案：初期測試階段，我們曾使用過 AC-DC 直流穩(wěn)壓電源對貼片 led 供電，貼片 led 可以正常工作，但是透鏡成像會(huì)受

8、到較大干擾。電子顯微鏡成像主要與帶電粒子束相關(guān)，當(dāng)在電子顯微鏡鏡筒飛行的帶電粒子束受到外界干擾，得到的圖像會(huì)扭曲變形。經(jīng)過，AC-DC 直流穩(wěn)壓電源的干擾主要有以下：ll50HZ 低頻電磁干擾工頻電源寄生高次諧波干擾所以，貼片 led 供電不能夠采用 AC-DC 直流穩(wěn)壓電源，為了避免 AC 電源的影響，我們采用電池供電，通過接入 DC-DC 電路調(diào)節(jié)輸出電壓，可以避免 AC-220V電源輸入所帶來的干擾。因?yàn)橘N片 led 的開啟電壓較小，DC-DC 電路用分立元件搭建則難以保證輸出電壓的穩(wěn)定，且電路較為復(fù)雜，而使用集成度簡化電路，并具有較好的電路性能。可以很大程TI 公司是全球領(lǐng)先的數(shù)字信號(hào)

9、處理與模擬技術(shù)半導(dǎo)體供應(yīng)商，他們在電源管理方面具有很多性能優(yōu)異的。通過參數(shù)的篩選，我們選擇了兩個(gè)方案，方案一的基本應(yīng)用電路：Lmz13608 輸入電壓范圍為 6V36V，所以幾節(jié)電池串聯(lián)即可達(dá)到輸入電壓的要求。該提供范圍為 0.8V6V 的可調(diào)且高精確度的輸出電壓，覆蓋了不同波長的貼片 led 的開啟電壓。而且該是一款具有以下保護(hù)特性的可靠且穩(wěn)定耐用的設(shè)計(jì)：熱關(guān)斷、輸入欠壓閉鎖、輸入過壓保護(hù)、短路保護(hù)、輸出電流限制并啟動(dòng)至一個(gè)預(yù)偏置輸出。Lmz13608 實(shí)現(xiàn)電壓可調(diào)，是通過硬件閉環(huán)反饋來實(shí)現(xiàn)的。的 FB 引腳為輸出電壓反饋腳，將輸出電壓通過兩個(gè)電阻分壓接入，該引腳規(guī)定的電壓參考為0.795V

10、 左右，所以通過調(diào)節(jié)電阻的分壓系數(shù)，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。輸出電壓與分壓電阻表示為：VOUT=0.795V * (1 +RFBTRFBB)/分壓電阻大小一般在1k 至10k 里面選擇。RFBT 選擇適當(dāng)大小的可調(diào)電阻，就可以實(shí)現(xiàn) 0.8V6V 輸出的高精度調(diào)節(jié)。供電電路符合預(yù)期，但是電源供電模式單一，無法設(shè)置各種供電模式，方案二的基本應(yīng)用電路為：實(shí)驗(yàn)需求。TPS7A7001 是一款高性能，正電壓，低壓降 (LDO) 穩(wěn)壓器，此穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)用于需要極低輸入電壓和極低壓降電壓（高達(dá)2A時(shí)）的應(yīng)用。此器件運(yùn)行時(shí)的輸入電壓可低至1.425V，并且輸出電壓可設(shè)定為低至 0.5V。可使用一個(gè)外部分壓器對輸

11、出電壓進(jìn)行設(shè)定。TPS7A7001 特有超低壓降，是輸出與輸入十分接近的應(yīng)用的理想選擇。此外，TPS7A7001 還有啟用引腳以便在關(guān)斷模式下進(jìn)一步減少功率耗散。TPS7A7001路，負(fù)載和溫度變化時(shí)提供出色的穩(wěn)壓功能。引腳，使用MCU就可以對電源進(jìn)行。主控因?yàn)樵摲€(wěn)壓有使能MCU模塊采用美國德州儀器（TI）公司推出的超低功耗MCU系列中的MSP430F2618，電源模塊的工作狀態(tài)，該成本低，集成度高，豐富，性能優(yōu)越。通過4x4鍵盤輸入電源工作模式和工作參數(shù)，由主控MCU 電路工作，并由LCD12864模塊實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前電源工作模式和輸入輸出參數(shù)。該電源輸出0.8V-3.8V連續(xù)可調(diào)的直流電壓，可

12、輸出占空比任意可調(diào)的矩形周期脈沖、一定時(shí)長的矩形脈沖以及穩(wěn)定持續(xù)電壓，這三種模式基本滿足了當(dāng)前實(shí)驗(yàn)的需求。后期經(jīng)過實(shí)際電路的搭建，方案二電路性能符合預(yù)期，該供電電路相比 AC- DC 直流穩(wěn)壓電源，不僅減少了干擾，也比方案一的功能更加豐富，而且整體結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小，具有很好的適用性。4）測試電路方案：美國 Keithley 儀器公司通過各種測量的解決方案為全球客戶提供更加可靠的測試，是訊、半導(dǎo)體、元器件生產(chǎn)等領(lǐng)域測試技術(shù)的者。我們選用的測量儀器正是Keithley 公司制造的 Keithley 2420 多功能電源其具體功能如下：。llll電壓源、電流源、電壓表、電流表四合一的新型儀器，適

13、合于快速直流測試；可選高電壓型（1100V）、大電流型（3A）或大電流脈沖型（10A）電源測量；六位半，0.012%準(zhǔn)確度；可作六線式歐姆測量；lll程控電流/電壓，可設(shè)定箝位值；IEEE-488 和 RS232 接口；除測量電流、電壓外，還可測量電阻、功率、補(bǔ)償電阻、變壓器值、電壓系數(shù)。實(shí)際測試過程中，我們主要于三種特性的測量，即：I-t、V-t、I-V 特性的測量。l基本電流測量方法：將待測樣品直接接到 INPUT/OUPUT 的 HI 和 LO 兩端，按下SOURCE V，設(shè)定輸出電壓為0（由“EDIT”左、右鍵更改光標(biāo)位置，并經(jīng)由“SOURCE”/及各數(shù)字鍵來設(shè)定數(shù)值），按下 MEA

14、I 和 OUTPUT ON/OFF，自面板測量值?；倦妷簻y量方法：將待測樣品直接接到 INPUT/OUPUT 的 HI 和 LO 兩端，按下lSOURCE I，設(shè)定輸出電流為0（由“EDIT”左、右鍵更改光標(biāo)位置，并經(jīng)由“SOURCE”/及各數(shù)字鍵來設(shè)定數(shù)值），按下 MEA V 和 OUTPUT ON/OFF，自面板測量值。lI-V 特性測量：I-V 特性測量通過加掃描電壓（電流），測量電流（電壓）得到。電源掃描設(shè)定共有四種模式，視需要而定，一般可選擇線性階梯波掃描。1.2.選擇送電壓（按 V）或送電流（按 I）。按 CONFIG，然后按 SWEEP，進(jìn)入 TYPE 選項(xiàng)，選擇 STAIR。3.進(jìn)入起始位（START）設(shè)定，按 EDIT 左右鍵改變光標(biāo)位置，按各鍵設(shè)定數(shù)值，設(shè)定好后按 ENTER。4.用同樣步驟設(shè)定結(jié)束位（STOP）和步進(jìn)值（STEP）后，回到掃描設(shè)定選單（CONFIGURE SWEEPS）。5.選擇 SWEEP COUNT，選擇掃描循環(huán)數(shù)，F(xiàn)INITE 可設(shè)定有限循環(huán)數(shù)，INFINITE 則可進(jìn)行掃描。6.回到 CONFIGURE SWEEPS，進(jìn)入 SOURCE-RANGING，設(shè)定電源模式設(shè)定，