教師用于的光電雙功能原位樣品桿項目方案論證

1、設計方案論證一、目標及步驟課題目標：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)實驗需求設計制作供電電路；4）搭建測試電路。二、方案設計1）基片的1）將 0.05mm 厚的藍寶石切割成 3.85mmx2.45mm 的方形基片，將方形基片的每條對角線四等分，在除中心點外的四等分點處打孔，孔徑均為 0.3mm，用于導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，在光學顯微鏡下，將 0402LED 兩電極上蘸上適量銀膠并迅速準確貼于方形基片的相鄰兩電極上，放置一段時間等待銀膠凝固后，對兩電極加電壓進試，若 led 點

3、亮則完成了微型 led的焊接。3）供電電路設計與制作因為實驗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 6*6*5mm 的微動開關焊接而成，通過 8 根引腳與MSP430F2618 電連接，用于輸入信號；（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并在 LCD12864 中實時顯示，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測試回路接入到該儀器中， 通過 DC-DC 電源點亮 SMLED 施加光信號，然后就可以通過 K

5、eithley2420 測試樣品的 I-V、I-T、V-T 等電學特性，數(shù)據(jù)可以直接由電腦，實時分析。案論證1）基片材料選擇方案：實驗中采用的是藍寶石作為基片的材料，有許多優(yōu)點：（1）藍寶石襯底有許多的優(yōu)點：首先，藍寶石襯底的生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量較好；其次，藍寶石的穩(wěn)定性很好，能夠運用在高溫生長過程中；最后，藍寶石的機械強度高，易于處理和。因此，大多數(shù)工藝一般都以藍寶石作為襯底（2）藍寶石的硬度非常高，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備又要增加一筆較大的投資。2）微型 led

6、 的焊接方案：導電銀膠是一種或干燥后具有一定導電性能的膠黏劑，它通常以基體樹脂和導電填料即導電粒子為主要組成成分， 通過基體樹脂的粘接作用把導電粒子結(jié)合在一起， 形成導電通路， 實現(xiàn)被粘材料的導電連接。導電銀膠已廣泛應用于液晶顯示屏（LCD）、發(fā)光二極管（LED）、集成電路(IC)、印刷線路板組件(PCBA)、點陣塊、陶瓷電容、薄膜開關、智能卡、射頻識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）導電銀膠粘劑用于微電子裝配,包括細導線與印刷線路、電鍍底板、陶瓷被粘物的、金屬底盤連接,粘接導線與管座,粘接元件與穿過印刷線路的平面孔,粘接波導調(diào)諧以及孔修補。（2）導電銀膠

7、粘劑用于取代焊接溫度超過因焊接形成氧化膜時耐受能力的點焊.導電銀膠粘劑作為錫鉛焊料的替代晶,其主要應用范圍如：和移動通信系統(tǒng)；廣播、電視、計算機等行業(yè)；汽車工業(yè)；醫(yī)用設備；解決電磁兼容(EMC)等方面。（3） 導電銀膠粘劑的另一應用就是在鐵電體裝置中用于電極片與磁體晶體的粘接.導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焊接溫度不利時導電銀膠粘劑的又一用途。（4）導電銀膠粘劑能形成足夠強度的接頭,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，但是透鏡成像會受

8、到較大干擾。電子顯微鏡成像主要與帶電粒子束相關，當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。因為貼片 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 公司是全球領先的數(shù)字信號

9、處理與模擬技術(shù)半導體供應商，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，我們選擇了兩個方案，方案一的基本應用電路：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特性的可靠且穩(wěn)定耐用的設計：熱關斷、輸入欠壓閉鎖、輸入過壓保護、短路保護、輸出電流限制并啟動至一個預偏置輸出。Lmz13608 實現(xiàn)電壓可調(diào)，是通過硬件閉環(huán)反饋來實現(xiàn)的。的 FB 引腳為輸出電壓反饋腳，將輸出電壓通過兩個電阻分壓接入，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 選擇適當大小的可調(diào)電阻，就可以實現(xiàn) 0.8V6V 輸出的高精度調(diào)節(jié)。供電電路符合預期，但是電源供電模式單一，無法設置各種供電模式，方案二的基本應用電路為：實驗需求。TPS7A7001 是一款高性能，正電壓，低壓降 (LDO) 穩(wěn)壓器，此穩(wěn)壓器設計用于需要極低輸入電壓和極低壓降電壓（高達2A時）的應用。此器件運行時的輸入電壓可低至1.425V，并且輸出電壓可設定為低至 0.5V?？墒褂靡粋€外部分壓器對輸

11、出電壓進行設定。TPS7A7001 特有超低壓降，是輸出與輸入十分接近的應用的理想選擇。此外，TPS7A7001 還有啟用引腳以便在關斷模式下進一步減少功率耗散。TPS7A7001路，負載和溫度變化時提供出色的穩(wěn)壓功能。引腳，使用MCU就可以對電源進行。主控因為該穩(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模塊實時顯示當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前實驗的需求。后期經(jīng)過實際電路的搭建，方案二電路性能符合預期，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、半導體、元器件生產(chǎn)等領域測試技術(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%準確度；可作六線式歐姆測量；lll程控電流/電壓，可設定箝位值；IEEE-488 和 RS232 接口；除測量電流、電壓外，還可測量電阻、功率、補償電阻、變壓器值、電壓系數(shù)。實際測試過程中，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，設定輸出電壓為0（由“EDIT”左、右鍵更改光標位置，并經(jīng)由“SOURCE”/及各數(shù)字鍵來設定數(shù)值），按下 MEA

14、I 和 OUTPUT ON/OFF，自面板測量值。基本電壓測量方法：將待測樣品直接接到 INPUT/OUPUT 的 HI 和 LO 兩端，按下lSOURCE I，設定輸出電流為0（由“EDIT”左、右鍵更改光標位置，并經(jīng)由“SOURCE”/及各數(shù)字鍵來設定數(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，進入 TYPE 選項，選擇 STAIR。3.進入起始位（START）設定，按 EDIT 左右鍵改變光標位置，按各鍵設定數(shù)值，設定好后按 ENTER。4.用同樣步驟設定結(jié)束位（STOP）和步進值（STEP）后，回到掃描設定選單（CONFIGURE SWEEPS）。5.選擇 SWEEP COUNT，選擇掃描循環(huán)數(shù)，F(xiàn)INITE 可設定有限循環(huán)數(shù)，INFINITE 則可進行掃描。6.回到 CONFIGURE SWEEPS，進入 SOURCE-RANGING，設定電源模式設定，