Lake Shore 探针台-样品温度的准确性是要点

      典型的传统低温恒温器设备再进行低温测试的时候需要花费大量的时间，在设备上的接线会对晶元产生破坏。然而事实上对于我们的低温探针台并非如此。这些平台通过可视化和可移动的探针对多个晶元器件进行电学方面测试，加快了表征工作。在测试时光学入口及对样品的灵活的探测折衷在由热辐射及探针臂的热传导产生的热负载中。由于这些热负载及样品与样品座之间热阻导致样品实际的温度与传感器显示的温度有偏差一致使测量不准确。

      为了最大限度的减小这种影响，我们在探针台上加了防辐射屏用来减少对样品的热辐射，探针通过热沉线连接到样品座上或者靠近样品座的地方。下面，我们研究探针臂的热沉对于探针台样品温度的影响，特别使在试图快速评估超导回—一种常见于电子设备的低温测量的应用。

      实验装置

      探讨探针臂的热沉在低温测量中对设备温度的影响，我们选择了Lake Shore固定1W冷却功率的CRX-4K闭循环低温探针台作为测试平台。为了模拟被测器件。将校准的Cernox™传感器焊接到蓝宝石衬底上，其底面涂有一薄层Apizeon®N润滑脂，并夹在32mm（1.25in）接地的样品架上。四个探针臂上的半径为25um钨探针扎在传感器pad上，通过Lake Shore 336控温仪测量传感器获得设备的温度。四个探针臂上每个都额外安装了一个传感器，样品座底面也安装了一个传感器，用于监视探针臂及样品座的温度。

      结果

      表1总结了设备，样品座和探针臂在探针臂热沉线三种不同连接配置下的温度。在推荐的配置中探针臂连接在防辐射屏上，探针被连接在样品座上（如图表所示）。第二个配置是将探针臂和探针都连接在防辐射屏上，最后的配置是将探针臂的热沉线不连接到任何地方，并移除防辐射屏。

      在第一个配置中，探针的热沉线连接到了样品座上使得样品座整体的热负载增加，导致样品座的温度高于将探针热沉线连接到防辐射屏的第二种配置。然而，较低的样品台温度并不转化为较低的器件温度，因为来自探针的额外的传导热负载没有通过器件衬底的附加冷却来补偿。尽管通过移除辐射屏蔽和探针/探针臂热锚对样品台温度具有相对小的影响，但第三种配置导致装置的热负载的显著增加，从而将装置温度提高超过30K。

      讨论

      利用良好的连接热沉线的探针臂和探针，我们展示了探针台快速测试超导电路的能力。对于这个测量，我们从纯度为99.8%的铌箔（Alfa-Aesar®）切断下很小的铌箔丝，用薄薄一层氰基丙烯酸酯胶粘剂固定于一蓝宝石基片上。然后将铌箔丝变薄以增加正常和超导状态之间的电阻差值，变薄的铌箔丝在室温下具有272毫欧的电阻。蓝宝石基片以CX传感器相同的方式进行安装，然后放在探针台内降至低温。直接将四个探针扎在铌箔丝上，用我们配有3708前置放大器的370交流电阻桥，测量导线的电阻作为样品座温度的函数。系统在获得器件电阻之前在每个设定温度点稳定5分钟。

      结论

      通过探测一个校准CX传感器和铌箔丝，我们发现来自探针的热传导在测试时会给设备带来显著热负载，热沉线的连接对减少热传导使设备达到合适的温度是至关重要的。我们证明，在探针臂连接防辐射屏，探针连接样品座的配置中，可以使被测器件和样品台之间的热梯度最小化。