本发明专利技术公开了一种测量半导体薄膜材料室温下塞贝克系数和电阻率的装置，热电堆与冷、热端导热铜块固定一体，其下部形成空腔，空腔内布置有电位探针。Ｓｅｅｂｅｃｋ电势检测点和冷、热端热电偶安置在导热铜块的下端；电位探针，检测点、热电偶分别与采集模块相连；参考电阻与转换开关串接，并与检测点相连；恒流源与转换开关相连；转换开关与数据采集模块相连；采集模块与计算机相连，采集的数据通过虚拟仪器软件处理获得检测结果。测试台分为上下两部分，上部分固定测试组件，下部分支撑样品，并有螺杆向上抬升样品，实现样品与各检测点的接触。该装置可以同时进行测定塞贝克系数和电阻率但不破坏薄膜，并且测试过程简单，装置和测试成本较低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体测试装置
，具体涉及一种测量半导体薄膜材料塞贝克系数和电阻率的装置。
技术介绍
塞贝克(Seebeck)系数和电阻率是材料重要的热电输运性能参数。精确测定它们对深入研究半导体材料的热电输运机理，特别是对深入研究和开发新型半导体热电材料和器件具有非常重要的应用价值和理论意义。目前已开发出很多测试薄膜电阻率的装置，但对于薄膜塞贝克系数的测试装置却很少，已有的涉及薄膜塞贝克系数和电阻率的测试装置，主要存在以下几方面的问题1)塞贝克系数的测定通常采用两端温差法测定，电阻率测量则较多采用四探针法测量(见①M.Trakalo，Rev.Sci.Instrum.，1984，55(5)754；②A.A.Ramadan，Thin Solid Films，1994，239272-275)，因此塞贝克系数和电阻率的测试基本上都是通过不同的测试装置分开进行，测试仪器不能通用并且测量过程复杂耗时；2)少数研究将二者进行复合，但是都需采用微加工技术来处理薄膜和基体，使得测试费用昂贵，过程复杂，而且对样品的处理也是破坏性的(见①R.Venkatasubramani an，17th International Conference onThermoelectrics，Nagoya University，Nagoya，Japan，May 24-28，1998，191-197；②G.Chen，20th International Conference on Thermoelectrics，Beijing，China，June 11-18，2001，30-34)。总之，现有的测试装置，大都采用不同的仪器来测试电阻率和Seebeck系数，并且测试Seebeck系数的仪器还相当少，造成硬件资源浪费，而且功能固定、单一，难以扩充，操作也不方便；另外少量实现了二者复合的装置测试过程相当复杂，需采用精密的微加工技术，成本很高，而且这些操作对薄膜来说也是破坏性的；在温差实现方面，大部分仪器都采用在样品一端安置微加热器或辐射加热等装置，增加了仪器的复杂程度，提高了测试费用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测量半导体薄膜材料室温下塞贝克系数和电阻率的装置，该装置可以使用同一试样对半导体热电薄膜材料室温下的塞贝克系数和电阻率进行同时测试，测试过程简单，精度较高，设备及测试成本较低，并且不会对薄膜造成破坏。本专利技术提供一种测量半导体薄膜材料塞贝克系数和电阻率的装置，其特征在于冷、热端导热铜块夹持并固定热电堆，其下部形成空腔，一对电位探针通过一对弹簧固定在该空腔内，二个电势检测点和冷、热端热电偶分别安置在冷、热端导热铜块的下部，位置接近冷、热端导热铜块与被测薄膜接触的端面。上述各部件均固定于测试台支架的上部，测试台支架的底板中部开有螺纹孔，螺杆安置在所述螺纹孔内，螺纹孔向上延伸形成通孔，“T”型支撑台的下端处于通孔内部，并设有限位块。电位探针，二个电势检测点，冷、热端热电偶分别通过导线与采集模块相连；参考电阻与转换开关串接，并与二个电势检测点相连；恒流源与转换开关相连；转换开关与数据采集模块相连；采集模块与计算机相连。本专利技术装置适用于室温下的测试，利用热电堆的吸放热效应实现塞贝克系数测试时的温差。本专利技术采用了一系列新的、简捷的设计解决现有技术存在的问题。采用热电堆可以快速可控的调节温差，探针固定在导热铜块上并利用弹簧对探针施力，以保证探针和薄膜的电接触；热电偶的位置可以保证检测点的温度与薄膜上的温度尽量接近，塞贝克电势检测点位置与热电偶位置相近，也位于导热铜块上，同时这个点还作为恒流源的输入端，与参考电阻串接；两探针通过导线与采集模块相连；各电位信号通过数据采集模块输入到计算机，通过虚拟仪器软件处理得到检测结果。总之，本专利技术简化了仪器结构，操作方便而且费用低廉。本专利技术是可以同时测量半导体薄膜材料室温下的Seebeck系数和电阻率的测试系统。附图说明图1为本专利技术装置的结构示意图；图2为测试台结构的示意图；图3为本专利技术装置的测试软件流程图；图4为PbTe薄膜Seebeck系数测试的数据点和拟合曲线图具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术装置的结构包括测试组件、测试台、数据传输和采集装置三个部分。如图1所示，测试组件的结构为热电堆2与直流电源1相连；冷端导热铜块3、热端导热铜块3′分别位于热电堆2的冷端和热端，三者固定以实现热电堆两端面与铜块的良好热传导，进而在薄膜样品5两端实现温差。冷端导热铜块3和热端导热铜块3′最好为对称结构，其在热电堆2的下方形成空腔，用于布置电位检测探针。冷、热端热电偶8、8′分别置于冷、热端导热铜块3、3′内，其位置靠近导热铜块3、3′与薄膜样品5接触的端面，同时在该位置设置有Seebeck电势检测点10、10′，以保证温差和Seebeck电势差有很好的对应关系。两个电位探针6、6′固定在探针支架7上，并位于冷、热端导热铜块3、3′和热电堆2构成的空腔内，探针支架7利用弹簧4、4′固定在导热铜块3、3′上，弹簧4、4′对探针支架7施力保证探针6、6′与薄膜的良好电接触。探针6、6′与导热铜块3、3′是电绝缘的。测试台用于固定测试组件18和抬升薄膜样品5，实现薄膜与检测各点的良好接触。如图2所示测试台支架16分为上、下二部分，测试组件18通过夹紧旋钮17固定在测试台支架16的上部。测试台支架16的底板的中部开有一螺纹孔，螺纹孔内安装有螺杆23。螺纹孔向上延伸形成通孔，“T”型支撑台20的下端位于通孔内部，并设有限位块21。支撑台20的台面上开有凹槽，设置有垫片19。测试时，薄膜样品5置于垫片19上。二个电位探针6、6′和冷、热端热电偶8、8′分别通过导线与数据采集模块13相连，数据采集模块13与计算机14相连。转换开关12与恒流源11相连，参考电阻9的一端与转换开关12相连，另一端通过导线与和一个电位检测点10相连，另一个电位检测点10′直接通过导线与转换开关12相连。Seebeck电势检测点10、10′，参考电阻9两端电压检测点通过导线与数据采集模块13相连，并导入计算机14。计算机14通过数据采集模块13获得各检测点采集到的电压信号，通过虚拟仪器软件将各信号进行处理，获得检测结果。具体进行测试时，首先安装固定测试台将测试组件18置于支架16上，利用夹紧旋钮17轻轻将测试组件18固定；将薄膜样品5固定在尼龙垫片19上，再把尼龙垫片19插入支撑台20上的凹槽内，固定样品。旋转抬升螺杆23将薄膜样品5抬升，至接触电位探针6、6′和导热铜块3、3′，注意用力要轻微和均匀，以免损坏样品。为了更好的保护样品，可在尼龙垫片19下面再垫上一层橡胶垫片，同时在支撑台20下端设置弹簧22。先进行电阻率测试，将转换开关12打在电阻率档，打开恒流源11开关，在程序的电阻率测试界面点击开始按钮，采集5-10个数据点，然后点击停止按钮，再通入反相电流，重新开始采集5-10个数据点，最后通过求得两次测量平均电阻值作为本温度点测试结果，测试时一定要快速进行。待电阻率测试完毕后，再进行Seebeck系数测试。将转换开关12打在Seebeck系数档，并关闭恒流源11开关，打开热电堆2的电源1开关，在程序的S本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量半导体薄膜材料室温下塞贝克系数和电阻率的装置，其特征在于：冷、热端导热铜块（３、３′）夹持并固定热电堆，其下部形成空腔，一对电位探针（６、６′）通过一对弹簧（４、４′）固定在该空腔内，二个电势检测点（１０、１０′）和冷、热端热电偶（８、８′）分别安置在冷、热端导热铜块（３、３′）的下部，位置接近冷、热端导热铜块（３、３′）与被测薄膜接触的端面；上述各部件均固定于测试台支架（１６）的上部，测试台支架（１６）的底板中部开有螺纹孔，螺纹孔向上延伸形成通孔，螺杆（２３ ）安置在所述螺纹孔内，“Ｔ”型支撑台（２０）的下端处于通孔内部，并设有限位块（２１）；电位探针（６、６′），二个电势检测点（１０、１０′），冷、热端热电偶（８、８′）分别通过导线与采集模块（１３）相连；参考电阻（９）与转换开关（１２ ）串接，并与二个电势检测点（１０、１０′）相连；恒流源（１１）与转换开关（１２）相连；转换开关（１２）与数据采集模块（１３）相连；采集模块（１３）与计算机（１４）相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨君友，肖承京，朱文，鲍思前，樊希安，段兴凯，张亲亲，李良彪，李凯，张同俊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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