本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種測量電阻率和塞貝克系數(shù)的裝置及其使用方法。其技術(shù)方案是：所述裝置由升降系統(tǒng)、水平移動系統(tǒng)和測量系統(tǒng)組成。熱端電極(12)和冷端電極(24)分別固定在水平桿(9)的一端，水平桿(9)的另一端通過螺母式滑塊(8)與豎直絲桿(7)連接；測量時，夾持電極(13)通過兩個運動方向相互垂直的滑塊將測試樣(36)水平移動至熱端可伸縮式電位探針(29)和冷端可伸縮式電位探針(30)的正下方。通過高精度數(shù)字電壓表(34)、高精度數(shù)字電流表(38)、第一溫度表(35)和第二溫度表(37)讀取不同待測區(qū)域的電壓、電流和溫度，計算得到相應的電阻率和塞貝克系數(shù)。本發(fā)明專利技術(shù)能實現(xiàn)對長方體試樣和圓柱體試樣在不同的區(qū)域的電阻率和塞貝克系數(shù)的直接測量，測量精度高。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于半導體材料測量
具體設(shè)及一種測量電阻率和塞貝克系數(shù)的 裝置及其使用方法。
技術(shù)介紹
電阻率和塞貝克系數(shù)是半導體材料的重要參數(shù)。它們不僅能表征材料的電輸運性 能，同時能間接反映材料內(nèi)部的載流子濃度和遷移率的高低。由于半導體材料與金屬材料 的導電機制不同，無法使用基于兩探針法的歐姆表直接測量其電阻率。當歐姆表的測量電 極與半導體接觸時，會出現(xiàn)接觸電阻效應和少數(shù)載流子注入現(xiàn)象，致使半導體材料的電阻 率測量值大幅偏離真實值。目前多采用四探針法測量半導體材料的電阻率(見孫W材.半導 體測量技術(shù).北京：冶金工業(yè)出版社，1984: 7~24)。四探針法中，四根探針排成一行，兩 根外側(cè)的探針與直流電源連接，兩根內(nèi)側(cè)的探針與高精度數(shù)字電壓表連接。假設(shè)待測試樣 的截面為S，通過兩根外側(cè)的探針施加穩(wěn)定的電流I，在試樣中產(chǎn)生一個穩(wěn)定的電場，然后通 過兩根中屯、距為D的內(nèi)側(cè)的探針獲得兩個等電位面間的電壓U。對于外形規(guī)整的長方體試樣 和圓柱體試樣，其電阻率P為：(1) 式（1)中：R為電阻，Ω。 半導體材料的塞貝克系數(shù)的測量方法有兩種:一種是靜態(tài)法;另一種是動態(tài)法。 靜態(tài)法是將待測試樣的一端恒定于溫度To,將試樣的另一端恒定于溫度Το+10~30 °C，從而在試樣兩端產(chǎn)生一個恒定的溫差ΔΤ〇(10~30°C)，使用高精度數(shù)字電壓表測量試 樣兩端的塞貝克電壓AU，所述試樣的塞貝克系數(shù)α為：(2).中國工程科學，2006,7:31-34)。上述兩種方法相比 較，盡管動態(tài)法費時相對較多，但精度相對較高，裝置設(shè)計簡單易行?，F(xiàn)有的高精度電阻率及塞貝克系數(shù)的測量系統(tǒng)，如日本的沈Μ系列測量系統(tǒng)、德國 的Linseis系列測量系統(tǒng)等，待測試樣要求為橫向截面尺寸為(2~5) X (2~5)mm2和縱向尺 寸為5~20mm的長方體小試樣，對于較大尺寸的試樣，需要切割加工成相應尺寸的小試樣后 才能進行測量。而國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)所使用的較大尺寸試樣的電阻率和塞貝克系數(shù)的測量裝 置，電阻率測量大多基于兩探針法，塞貝克系數(shù)測量大多采用靜態(tài)法，測量精度較低，測量 結(jié)果重復性較差，無法精確測量不同微小區(qū)域的電阻率和塞貝克系數(shù)，影響了對產(chǎn)品性能 的客觀評價。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種測量電阻率和塞貝克系數(shù)的裝置 及其使用方法，所述裝置能實現(xiàn)對長方體試樣和圓柱體試樣在不同待測區(qū)域的電阻率和塞 貝克系數(shù)的直接測量，測量精度高。 為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是:該裝置由升降系統(tǒng)、水平移動系統(tǒng)和 測量系統(tǒng)組成。 所述升降系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是： 底板的上表面后側(cè)對稱地固定有兩根方形鋼管，方形鋼管內(nèi)由下往上依次裝有下 軸承、螺母式滑塊、上軸承和端蓋。豎直絲桿的下端安裝在下軸承內(nèi)，豎直絲桿的中部與螺 母式滑塊螺紋連接，豎直絲桿的上端穿出上軸承和端蓋與上手輪固定連接。兩根方形鋼管 的前側(cè)沿豎直方向開有條形孔，兩根水平桿的一端分別穿過對應的兩根方形鋼管的條形孔 與螺母式滑塊固定連接，兩根水平桿的另一端與對應的熱端電極和冷端電極的上表面固定 連接。 熱端電極的結(jié)構(gòu)是:熱端電極殼體內(nèi)裝有熱端可伸縮式電位探針、熱端熱電偶和 單頭加熱器;熱端可伸縮式電位探針位于熱端電極殼體的前部右側(cè)，熱端熱電偶位于熱端 電極殼體的前部左側(cè)，單頭加熱器固定在熱端電極殼體的中間位置處，熱端可伸縮式電位 探針的針尖向下伸出熱端電極殼體，熱端可伸縮式電位探針的針尖伸出熱端電極殼體的長 度為5~8mm。 冷端電極的結(jié)構(gòu)是:冷端電極殼體內(nèi)裝有冷端可伸縮式電位探針和冷端熱電偶； 冷端可伸縮式電位探針位于冷端電極殼體的前部左側(cè)，冷端熱電偶位于冷端電極殼體的前 部右側(cè)，冷端可伸縮式電位探針的針尖向下伸出冷端電極殼體，冷端可伸縮式電位探針的 針尖伸出冷端電極殼體的長度為5~8mm。 所述水平移動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是： 底板的上表面沿前后方向固定有兩根相互平行的第一滑軌，兩根第一滑軌上對稱 地裝有兩塊第一滑塊，四塊第一滑塊的上表面固定有一塊第一絕緣板;兩根第二滑軌沿左 右方向平行地固定在第一絕緣板的上表面，兩根第二滑軌上對稱地裝有兩塊第二滑塊，四 塊第二滑塊的上表面固定有一塊第二絕緣板，兩根第Ξ滑軌沿左右方向平行地固定在第二 絕緣板的上表面;兩根第Ξ滑軌上對稱地裝有兩塊第Ξ滑塊，第Ξ滑塊的上表面左右對稱 地裝有第Ξ絕緣板，兩塊第Ξ絕緣板上對稱地裝有夾持電極。第二絕緣板的左右兩端處對 稱地裝有固定桿，固定桿上端設(shè)有螺紋孔，水平絲桿與固定桿的螺紋孔螺紋連接，水平絲桿 的一端裝有下手輪，水平絲桿的另一端裝有圓盤，圓盤裝在夾持電極的外側(cè)卡槽內(nèi)。 所述測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是： -塊夾持電極與直流脈沖電源的一個輸出端連接，另一塊夾持電極通過高精度數(shù) 字電流表與直流脈沖電源的另一個輸出端連接。熱端可伸縮式電位探針和冷端可伸縮式電 位探針與高精度數(shù)字電壓表的正極和負極對應連接，熱端熱電偶和冷端熱電偶與第一溫度 表和第二溫度表對應連接。 使用所述裝置測量電阻率和塞貝克系數(shù)的方法是： 所述電阻率的測量方法： 步驟1. 1、先將待測試樣的一個待測面劃分為η個待測區(qū)域;再將待測試樣的待測 面朝上，沿縱向方向放入夾持電極之間，旋動兩側(cè)的下手輪，將待測試樣夾緊。 步驟1.2、依次開啟高精度數(shù)字電壓表、高精度數(shù)字電流表和直流脈沖電源。 步驟1.3、移動第二絕緣板或/和第一絕緣板，將待測試樣的第1個待測區(qū)域移至熱 端可伸縮式電位探針和冷端可伸縮式電位探針的正下方。 步驟1.4、分別旋動上手輪，向下移動熱端電極和冷端電極，使熱端可伸縮式電位 探針和冷端可伸縮式電位探針的針尖與待測試樣的第1個待測區(qū)域接觸。 步驟1.5、讀取并記錄高精度數(shù)字電壓表顯示對應的正電壓化+和負電壓化-，同時 讀取并記錄高精度數(shù)字電流表顯示對應的正向電流Ιι+和反向電流ΙΓ。 步驟1.6、根據(jù)四探針法，分別得到第1個待測區(qū)域電流正向階段的電阻率Ρ1+和第1 個待測區(qū)域電流反向階段的電阻率ΡΓ;第1個待測區(qū)域電流正向階段的電阻率Ρ1+和第1個 待測區(qū)域電流反向階段的電阻率ΡΓ的平均值為第1個待測區(qū)域的電阻率Ρ1。[002引步驟1.7、W步驟1.3~步驟1.6類推，可測得第2個待測區(qū)域的電阻率Ρ2，第3個待 測區(qū)域的電阻率Ρ3，……，第η個待測區(qū)域的電阻率Ρη。 步驟1.8、依次關(guān)閉直流脈沖電源、高精度數(shù)字電壓表和高精度數(shù)字電流表;再分 別旋動上手輪，向上移動熱端電極和冷端電極;然后分別旋動下手輪，取出待測試樣，測量 結(jié)束。 在步驟1.1和步驟1.7中：η表示待測區(qū)域數(shù)，η化~20的自然數(shù)。所述塞貝克系數(shù)的測量方法： 步驟2.1、先將待測試樣的一個待測面劃分為η個待測區(qū)域;再將待測試樣的待測 面朝上，沿縱向方向放入夾持電極之間，旋動兩側(cè)的下手輪，將待測試樣夾緊。 步驟2.2、依次開啟高精度數(shù)字電壓表、第一溫度表和第二溫度表。 步驟2.3、移動第二絕緣板或/和第一絕緣板，將待測試樣的第1個待測區(qū)域移至熱 端電極殼體和冷端電極殼體的正下方。 步驟2.4、分別旋動上手輪，向下移動熱端電極和冷端電極，使熱端電極殼體和冷 端電極殼體的底面與待測試樣的第1個待測區(qū)域接觸。 步驟2.5、開啟單頭加熱器。當?shù)谝粶囟缺盹@示的溫度瑞與第二溫度表顯示的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種測量電阻率和塞貝克系數(shù)的裝置，其特征在于所述裝置由升降系統(tǒng)、水平移動系統(tǒng)和測量系統(tǒng)組成；所述升降系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是：底板(1)的上表面后側(cè)對稱地固定有兩根方形鋼管(2)，方形鋼管(2)內(nèi)由下往上依次裝有下軸承、螺母式滑塊(8)、上軸承和端蓋(10)，豎直絲桿(7)的下端安裝在下軸承內(nèi)，豎直絲桿(7)的中部與螺母式滑塊(8)螺紋連接，豎直絲桿(7)的上端穿出上軸承和端蓋(10)與上手輪(11)固定連接；兩根方形鋼管(2)的前側(cè)沿豎直方向開有條形孔(6)，兩根水平桿(9)的一端分別穿過對應的兩根方形鋼管(2)的條形孔(6)與螺母式滑塊(8)固定連接，兩根水平桿(9)的另一端與對應的熱端電極(12)和冷端電極(24)的上表面固定連接；熱端電極(12)的結(jié)構(gòu)是：熱端電極殼體(28)內(nèi)裝有熱端可伸縮式電位探針(29)、熱端熱電偶(26)和單頭加熱器(27)；熱端可伸縮式電位探針(29)位于熱端電極殼體(28)的前部右側(cè)，熱端熱電偶(26)位于熱端電極殼體(28)的前部左側(cè)，單頭加熱器(27)固定在熱端電極殼體(28)的中間位置處，熱端可伸縮式電位探針(29)的針尖向下伸出熱端電極殼體(28)，熱端可伸縮式電位探針(29)的針尖伸出熱端電極殼體(28)的長度為5～8mm；冷端電極(24)的結(jié)構(gòu)是：冷端電極殼體(31)內(nèi)裝有冷端可伸縮式電位探針(30)和冷端熱電偶(32)；冷端可伸縮式電位探針(30)位于冷端電極殼體(31)的前部左側(cè)，冷端熱電偶(32)位于冷端電極殼體(31)的前部右側(cè)，冷端可伸縮式電位探針(30)的針尖向下伸出冷端電極殼體(31)，冷端可伸縮式電位探針(30)的針尖伸出冷端電極殼體(31)的長度為5～8mm；所述水平移動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是：底板(1)的上表面沿前后方向固定有兩根相互平行的第一滑軌(21)，兩根第一滑軌(21)上對稱地裝有兩塊第一滑塊(3)，四塊第一滑塊(3)的上表面固定有一塊第一絕緣板(20)，兩根第二滑軌(19)沿左右方向平行地固定在第一絕緣板(20)的上表面，兩根第二滑軌(19)上對稱地裝有兩塊第二滑塊(4)，四塊第二滑塊(4)的上表面固定有一塊第二絕緣板(18)，兩根第三滑軌(17)沿左右方向平行地固定在第二絕緣板(18)的上表面，兩根第三滑軌(17)上對稱地裝有兩塊第三滑塊(5)，第三滑塊(5)的上表面左右對稱地裝有第三絕緣板(16)，兩塊第三絕緣板(16)上對稱地裝有夾持電極(13)；第二絕緣板(18)的左右兩端處對稱地裝有固定桿(15)，固定桿(15)上端設(shè)有螺紋孔，水平絲桿(25)與固定桿(15)的螺紋孔螺紋連接，水平絲桿(25)的一端裝有下手輪(14)，水平絲桿(25)的另一端裝有圓盤(22)，圓盤裝在夾持電極(13)的外側(cè)卡槽(23)內(nèi)；所述測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是：一塊夾持電極(13)與直流脈沖電源(33)的一個輸出端連接，另一塊夾持電極(13)通過高精度數(shù)字電流表(38)與直流脈沖電源(33)的另一個輸出端連接；熱端可伸縮式電位探針(29)和冷端可伸縮式電位探針(30)與高精度數(shù)字電壓表(34)的正極和負極對應連接，熱端熱電偶(26)和冷端熱電偶(32)與第一溫度表(35)和第二溫度表(37)對應連接。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：樊希安，榮振洲，江程鵬，張城誠，李光強，
申請(專利權(quán))人：武漢科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42
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