教师用于的光电双功能原位样品杆项目方案论证

1、设计方案论证一、目标及步骤课题目标：在 TEM 电镜的样品杆中引入不同波长的光源，制作完成步骤：1）制作基片； 2）焊接微型 led；供电电路和测试电路。3）根据实验需求设计制作供电电路；4）搭建测试电路。二、方案设计1）基片的1）将 0.05mm 厚的蓝宝石切割成 3.85mmx2.45mm 的方形基片，将方形基片的每条对角线四等分，在除中心点外的四等分点处打孔，孔径均为 0.3mm，用于导电和放置承载样品的金线；2）用 600 目砂将钻孔后的基片两面均打磨光滑，置于装有 85%的离心管中，并将上述离心管放在超声波机中洗涤；3）结束后将方形基片置于干燥箱中干燥，干燥结束后将方形基片置于洁净容

2、器中冷却；4）待基片冷却后将两条 0.5mm 宽的锡箔纸成十字型贴于基片一面，使每条锡箔纸与方形基片对边中点相交，基片的另一面按相同方法处理，并用 0.5mm 宽的锡箔纸将基片四周包裹；5）将包裹好的方形基片置于离子溅射仪中，每一面用金离子溅射 20 分钟以达到电极的完全镀制；6）待基片镀电极完成后，将贴于方形基片上的锡箔纸撕下，并将基片置于 300摄氏度的中退火；2）微型 led 的焊接取一片退火后方形基片，一片 0402 贴片 LED，在光学显微镜下，将 0402LED 两电极上蘸上适量银胶并迅速准确贴于方形基片的相邻两电极上，放置一段时间等待银胶凝固后，对两电极加电压进试，若 led 点

3、亮则完成了微型 led的焊接。3）供电电路设计与制作因为实验过程需要各种供电模式，所以既要保证电源的低噪声，又要保证电源的输出模式可控，所以我们结合了 MCU 和超低压差稳压源。制作了一套电（1）本电源主要包括 4x4 矩阵键盘输入模块、LCD12864 显示模块、TSP7A7001 超低压差线性稳压模块、AD 采样模块和 MSP430F2618 主控 MCU 模块。（2）4x4 矩阵键盘由 16 个 6*6*5mm 的微动开关焊接而成，通过 8 根引脚与MSP430F2618 电连接，用于输入信号；（3）LCD12864 液晶模块带中文字库，通过 20 根引脚与 MSP430F2618 电连

4、接，用于显示输入输出参数、电源工作模式等；（4）AD 采样模块输出电压幅度信号并在 LCD12864 中实时显示，通过 2 根引脚与 MSP430F2618 电连接；（5）MSP430F2618 主控 MCU 模块采用美国德州仪器（TI）公司推出的超低功耗MCU 系列中的 MSP430F2618，电源模块的工作状态，该低功耗，集成度高，性能优越，适合本发明；4）测试电路搭建， 我们搭建的测试系统主要选用了美国 Keithley 仪器公司的Keithley2420 仪器，通过从光电原位样品杆中引出电学测试回路接入到该仪器中， 通过 DC-DC 电源点亮 SMLED 施加光信号，然后就可以通过 K

5、eithley2420 测试样品的 I-V、I-T、V-T 等电学特性，数据可以直接由电脑，实时分析。案论证1）基片材料选择方案：实验中采用的是蓝宝石作为基片的材料，有许多优点：（1）蓝宝石衬底有许多的优点：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和。因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底（2）蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于石，但是在 LED 器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割（从 400m 减到 100m 左右）。添置完成减薄和切割工艺的设备又要增加一笔较大的投资。2）微型 led

6、 的焊接方案：导电银胶是一种或干燥后具有一定导电性能的胶黏剂，它通常以基体树脂和导电填料即导电粒子为主要组成成分， 通过基体树脂的粘接作用把导电粒子结合在一起， 形成导电通路， 实现被粘材料的导电连接。导电银胶已广泛应用于液晶显示屏（LCD）、发光二极管（LED）、集成电路(IC)、印刷线路板组件(PCBA)、点阵块、陶瓷电容、薄膜开关、智能卡、射频识别等电子元件和组件的封装和粘接, 有逐步取代传统的锡焊焊接的趋势。（1）导电银胶粘剂用于微电子装配,包括细导线与印刷线路、电镀底板、陶瓷被粘物的、金属底盘连接,粘接导线与管座,粘接元件与穿过印刷线路的平面孔,粘接波导调谐以及孔修补。（2）导电银胶

7、粘剂用于取代焊接温度超过因焊接形成氧化膜时耐受能力的点焊.导电银胶粘剂作为锡铅焊料的替代晶,其主要应用范围如：和移动通信系统；广播、电视、计算机等行业；汽车工业；医用设备；解决电磁兼容(EMC)等方面。（3） 导电银胶粘剂的另一应用就是在铁电体装置中用于电极片与磁体晶体的粘接.导电银胶粘剂可取代焊药和晶体因焊接温度趋于沉积的焊接.用于电池接线柱的粘接是当焊接温度不利时导电银胶粘剂的又一用途。（4）导电银胶粘剂能形成足够强度的接头,因此,可以用作结构胶粘剂。3）供电电源选择方案：初期测试阶段，我们曾使用过 AC-DC 直流稳压电源对贴片 led 供电，贴片 led 可以正常工作，但是透镜成像会受

8、到较大干扰。电子显微镜成像主要与带电粒子束相关，当在电子显微镜镜筒飞行的带电粒子束受到外界干扰，得到的图像会扭曲变形。经过，AC-DC 直流稳压电源的干扰主要有以下：ll50HZ 低频电磁干扰工频电源寄生高次谐波干扰所以，贴片 led 供电不能够采用 AC-DC 直流稳压电源，为了避免 AC 电源的影响，我们采用电池供电，通过接入 DC-DC 电路调节输出电压，可以避免 AC-220V电源输入所带来的干扰。因为贴片 led 的开启电压较小，DC-DC 电路用分立元件搭建则难以保证输出电压的稳定，且电路较为复杂，而使用集成度简化电路，并具有较好的电路性能。可以很大程TI 公司是全球领先的数字信号

9、处理与模拟技术半导体供应商，他们在电源管理方面具有很多性能优异的。通过参数的筛选，我们选择了两个方案，方案一的基本应用电路：Lmz13608 输入电压范围为 6V36V，所以几节电池串联即可达到输入电压的要求。该提供范围为 0.8V6V 的可调且高精确度的输出电压，覆盖了不同波长的贴片 led 的开启电压。而且该是一款具有以下保护特性的可靠且稳定耐用的设计：热关断、输入欠压闭锁、输入过压保护、短路保护、输出电流限制并启动至一个预偏置输出。Lmz13608 实现电压可调，是通过硬件闭环反馈来实现的。的 FB 引脚为输出电压反馈脚，将输出电压通过两个电阻分压接入，该引脚规定的电压参考为0.795V

10、 左右，所以通过调节电阻的分压系数，可以调节输出电压的大小。输出电压与分压电阻表示为：VOUT=0.795V * (1 +RFBTRFBB)/分压电阻大小一般在1k 至10k 里面选择。RFBT 选择适当大小的可调电阻，就可以实现 0.8V6V 输出的高精度调节。供电电路符合预期，但是电源供电模式单一，无法设置各种供电模式，方案二的基本应用电路为：实验需求。TPS7A7001 是一款高性能，正电压，低压降 (LDO) 稳压器，此稳压器设计用于需要极低输入电压和极低压降电压（高达2A时）的应用。此器件运行时的输入电压可低至1.425V，并且输出电压可设定为低至 0.5V。可使用一个外部分压器对输

11、出电压进行设定。TPS7A7001 特有超低压降，是输出与输入十分接近的应用的理想选择。此外，TPS7A7001 还有启用引脚以便在关断模式下进一步减少功率耗散。TPS7A7001路，负载和温度变化时提供出色的稳压功能。引脚，使用MCU就可以对电源进行。主控因为该稳压有使能MCU模块采用美国德州仪器（TI）公司推出的超低功耗MCU系列中的MSP430F2618，电源模块的工作状态，该成本低，集成度高，丰富，性能优越。通过4x4键盘输入电源工作模式和工作参数，由主控MCU 电路工作，并由LCD12864模块实时显示当前电源工作模式和输入输出参数。该电源输出0.8V-3.8V连续可调的直流电压，可

12、输出占空比任意可调的矩形周期脉冲、一定时长的矩形脉冲以及稳定持续电压，这三种模式基本满足了当前实验的需求。后期经过实际电路的搭建，方案二电路性能符合预期，该供电电路相比 AC- DC 直流稳压电源，不仅减少了干扰，也比方案一的功能更加丰富，而且整体结构简单，占用空间小，具有很好的适用性。4）测试电路方案：美国 Keithley 仪器公司通过各种测量的解决方案为全球客户提供更加可靠的测试，是讯、半导体、元器件生产等领域测试技术的者。我们选用的测量仪器正是Keithley 公司制造的 Keithley 2420 多功能电源其具体功能如下：。llll电压源、电流源、电压表、电流表四合一的新型仪器，适

13、合于快速直流测试；可选高电压型（1100V）、大电流型（3A）或大电流脉冲型（10A）电源测量；六位半，0.012%准确度；可作六线式欧姆测量；lll程控电流/电压，可设定箝位值；IEEE-488 和 RS232 接口；除测量电流、电压外，还可测量电阻、功率、补偿电阻、变压器值、电压系数。实际测试过程中，我们主要于三种特性的测量，即：I-t、V-t、I-V 特性的测量。l基本电流测量方法：将待测样品直接接到 INPUT/OUPUT 的 HI 和 LO 两端，按下SOURCE V，设定输出电压为0（由“EDIT”左、右键更改光标位置，并经由“SOURCE”/及各数字键来设定数值），按下 MEA

14、I 和 OUTPUT ON/OFF，自面板测量值。基本电压测量方法：将待测样品直接接到 INPUT/OUPUT 的 HI 和 LO 两端，按下lSOURCE I，设定输出电流为0（由“EDIT”左、右键更改光标位置，并经由“SOURCE”/及各数字键来设定数值），按下 MEA V 和 OUTPUT ON/OFF，自面板测量值。lI-V 特性测量：I-V 特性测量通过加扫描电压（电流），测量电流（电压）得到。电源扫描设定共有四种模式，视需要而定，一般可选择线性阶梯波扫描。1.2.选择送电压（按 V）或送电流（按 I）。按 CONFIG，然后按 SWEEP，进入 TYPE 选项，选择 STAIR。3.进入起始位（START）设定，按 EDIT 左右键改变光标位置，按各键设定数值，设定好后按 ENTER。4.用同样步骤设定结束位（STOP）和步进值（STEP）后，回到扫描设定选单（CONFIGURE SWEEPS）。5.选择 SWEEP COUNT，选择扫描循环数，FINITE 可设定有限循环数，INFINITE 则可进行扫描。6.回到 CONFIGURE SWEEPS，进入 SOURCE-RANGING，设定电源模式设定，