空间环境地面模拟与原位光谱测试工作站 - 苏州惟光探真科技有限公司

太空探索一直是人类追求科学进步和拓展生存空间的重要领域。然而，太空环境极为复杂和恶劣，充满了高能粒子辐射、极端温度变化、高真空、微重力等多种因素。这些因素对航天器的材料、电子器件、结构设计以及生命保障系统等都提出了严峻的挑战。为了确保航天任务的成功和航天器的可靠运行，空间环境地面模拟成为不可或缺的研究手段。因此，空间环境地面模拟是航天技术发展的重要支撑，通过模拟太空环境中的各种因素，可以全面评估航天器材料和器件的性能，优化航天器设计，支持深空探测任务，开展空间科学研究，降低太空任务成本，培养专业人才，推动相关产业发展，增强国家科技实力。通过高真空、高低温、辐射、电磁辐射、微重力、空间粉尘、等离子体、弱磁场、中性气体等多种环境的模拟与测试，可以为航天任务的成功提供坚实的技术保障。未来，随着航天技术的不断发展，空间环境地面模拟技术也将不断进步，为人类探索太空提供更强大的支持。如下图1所示，为太空环境地面模拟与原位光谱测试工作站示意图。限于保密关系，我司无法分享真实设计图片。图1的左侧为真空模拟舱室，可以有效地对太空或者星球上的环境进行模拟，例如高低温，真空，辐射和电磁辐射等。在图1的右侧为原位光谱测试舱室，在左侧的真空模拟舱室进行必需的模拟辐照后，通过真空互联把样品抓取到右侧的测试舱室进行原位光谱检测。在此我们可以进行诸如稳态与瞬态PL，Raman，FTIR，LIBS等诸多测试，为航天级的半导体器件，电子器件等提供相关测试支撑。

苏州惟光探真以我司过往20年的真空，谱学与光学设计和研发经验，可以提供如下相关功能：

. 整体真空腔室设计

. 相关环境模拟模块与集成

. 相关原位光谱测试模块与集成

. 可测试样品：晶圆/半导体材料与器件/微生物等

图 1空间环境地面模拟与原位光谱测试工作站示意图

图2. 真空腔室与原位Raman光谱测试

技术规格：

表1. 各个舱室的功能模块参数（仅供参考，可以根据要求适度订制）

舱室	项目	参数
模拟舱室	真空模拟	通过高真空泵组和真空腔体，实现高真空环境。真空度可达到10-4Pa甚至更低，为材料和器件提供接近真实太空的真空条件。
	高低温模拟	为被模拟材料或者器件材料提供高低温高低温控制系统：利用液氮制冷系统和电加热系统，实现极端温度变化。高低温试验箱可在-196℃至+200℃甚至更宽温度范围内精确控温。
	辐射模拟-电子束	最大发射束流：60uA；灯丝电流：2.3A-2.4A；最高加速电压：30KV；高压箱：最大输出加速电压：30KV 最小可调步进电压：100V
	辐射模拟-离子束	离子源采用Kaufman 源，可以产生氮、氩、氢等等离子体（氧及腐蚀性气体除外）。主要由气体源放电室、引出系统、高压陶瓷绝缘体和外屏蔽室组成。核心部分（放电室和引出系统）全部放置在一个圆形屏蔽室中。离子源放电系统由灯丝盖板、引出栅极、阳极筒、屏蔽筒、上下极靴和AlNiCo永磁体等组成。引出系统由4个厚度为2mm的不锈钢平板多孔栅极组成，能保证长期稳定工作而不变形，离子源加速电压8-50kV可调，束斑直径10mm，在10mm束斑直径范围内离子流大于0.5mA。具有注入剂量检测和控制。头部配备流量控制器，低电位高压供气。气体离子源系统技术参数： 1、离子源输出电压：8KV～50KV； 2、离子源引出束流：≥0.5mA； 3、离子源工作方式：直流或脉冲； 4、离子束束斑直径：≥10mm； 5、配套的电源均采用全数字式开关电源，直流或脉冲两种工作模式，带远程通讯控制功能； 6、可以设置注入脉冲数量及控制注入剂量； 7、配置一台七星华创质量流量计（流量100SCCM），用于气体离子源源头供气； 8、所有电源安装在几何尺寸：W1200mm×H1800mm×D800mm的机柜内，在一块触摸屏控制界面上集中控制、显示。
	电磁模拟-太阳模拟器	模拟太阳电磁辐射光谱（200nm - 2500nm）及辐照强度（最高达1500W/m²），用于测试材料和器件的光学性能和耐老化性。
	等离子体模拟	等离子体发生器：通过等离子体发生器，模拟空间等离子体环境，研究等离子体与电磁波的相互作用。通过高压电源激励针-板电极、环状电极产生辉光放电。高压电源能够为电极提供稳定且可调节的高电压，促使针-板电极以及环状电极之间的气体发生电离，形成等离子体区域。用于模拟火星大气中的等离子体放电过程，包括模拟火星电离层中的自然放电现象、沙尘暴中的静电放电等，研究火星和其他星球环境下的材料表面改性及有机物降解。 1.直流等离子体源：输出电压：0-15 kV连续可调，稳定性±0.1 kV；输出功率：最大输出功率≮3 kW。 2.针-板电极放电装置：针电极尺寸、结构可调；放电间隙0-10 cm可调；等离子体放电区域≮10 cm；电极材质：316L不锈钢针-板电极放电装置1套、钛合金针-板电极放电装置1套。同轴环状电极放电装置
原位测试舱室	自动对焦显微镜	带自动对焦，可以对不平整样品进行扫描与自动对焦可以采用激光测距，离焦量等多种模式，依据具体的应用确定
	工作模式	长工作距离：5μm@120mm工作距离高分辨模式：2μm@50X镜头其他需求可以定制：下沉式光窗
	稳态Raman光谱	并联式插槽光路：单一激发波长单一模组，独立工作，减少切换动作，提高系统稳定性激发波长：532nm/638nm/785nm，可以根据用户要求选择可带自动对焦光谱仪：高分辨与高通量两种模式可供选择镜头放到真空腔外部，防止真空腔室污染，带有光学补偿，原位测试可做Mapping扫描
	PL光谱	并联式插槽光路：单一激发波长单一模组，独立工作，减少切换动作，提高系统稳定性可以与Raman以及瞬态光谱共用一个显微镜模组激发波长多种可选：375nm/405nm/488nm 镜头放到真空腔外部，防止真空腔室污染，带有光学补偿，原位测试可带自动对焦可做Mapping扫描
	瞬态荧光光谱	并联式插槽光路：单一激发波长单一模组，独立工作，减少切换动作，提高系统稳定性可以与Raman以及PL光谱共用一个显微镜模组激发波长多种可选：375nm/405nm等镜头放到真空腔外部，防止真空腔室污染，带有光学补偿，原位测试测试寿命：100ps以上可做Mapping扫描
	门控Raman	时间分辨：1-3ns 可以采用532nm脉冲激光器抑或其他脉冲激光器有效抑制荧光
	FTIR光谱	全真空的光学设计，真空度≤0.2mbar 软件自动切换近、中、远谱区检测器和光源覆盖整个红外谱区 25,000-350cm-1 一次测量获取中、远谱区的光谱信息：8,000-20cm-1 高光谱分辨率： ≤0.25cm-1 去除大气中水蒸汽、CO2 的强吸收干扰不受实验室环境温度变化的影响光通量更高，更灵敏；稳定性更高，可重复性更好可配备纯金刚石晶体的ATR附件，实现真空状态下测量可整体或单独对样品腔进行抽真空，提高测试效率可配置多个外接光路口，连接各种外置光学腔，如UHV 真空密封腔、低温杜瓦、高温发射红外腔、外置样品腔、外置检测器腔等
	LIBS光谱	1064nm纳秒激光器或者其他脉冲激光器可选可带Mapping功能可带自动对焦镜头放到真空腔外部，防止真空腔室污染，带有光学补偿，原位测试可以用光纤光谱仪或者iSCMOS探测器带有基本的元素分析功能
	深紫外激发光谱	195nm或193nm纳秒激光器可带自动对焦可以实现对AlN等超宽禁带半导体材料的激发
	深紫外光电流	195nm或193nm纳秒激光器可以实现对例如Ga2O3等进行光电流测试
	EQE与IV测试	可以对太阳能材料进行相关测试
	其他光谱功能（可选）	其他光谱功能，例如透反吸，其他波长光电流等可选可接受部分订制

推荐产品

LIBS-Multi900多模组LIBS综合测试系统

LIBS-Multi900多模组LIBS综合测试系统是原子光谱和分子光谱的综合性测试系统，以应对特殊真空环境下为科研工作者带来多兼容性，可定制化的综合性测试系统。该系统以模块化的组件做集成和研发，应对复杂的实验条件，不同的实验需求可以做到一套系统满足大部分应用场景，且在软件上互通不受影响。

真空互联原位光谱测试工作站

半导体生长与测量过程是在真空中进行，因此对于半导体生长与测量也可称为真空互联生长与测量系统。真空互联生长与测量系统通常包括三大类子系统：1）生长系统：MBE，MOCVD，磁控溅射，ALD等，2）表面形貌与能谱检测：SPM，AFM，角分辨光电子能谱和俄歇扫描显微镜，3）光谱学检测：PL稳态与瞬态光谱，高低温系统，Raman光谱等。惟光探真研制的真空互联原位光谱测试工作站，主要用于半导体晶圆缺陷，应力

InSitu900原位光谱测试探头与系统

InSitu900 光谱探头与系统具有其高共聚焦性和高灵敏度，透过防护玻璃或窗口等遮挡物对样品进行测量，从而可以研究反应室或其他封闭空间内的物质和化学反应过程，获得反应过程中的真实可靠数据、动态变化信息、非平衡或瞬态信息，同时还避免了非原位测试由于样品制备和转移等步骤所带来的污染、迟豫和不可逆性等问题，这将大大助力艺术、考古学、地质学或材料科学领域的化学结构探索。此外InSitu900不但可以对样品进行原位的PL光谱，Raman光谱进行测量，也可以升级到时间分辨Raman等功能，有效避开荧光干扰，还包括LIBS原子光谱。