本实用新型专利技术涉及一种半导体材料电阻率和塞贝克系数的测量装置。其技术方案是：所述测量装置由升降系统、水平移动系统和测量系统组成。热端电极(12)和冷端电极(24)分别固定在水平杆(9)的一端，水平杆(9)的另一端通过螺母式滑块(8)与竖直丝杆(7)连接；夹持电极(13)通过两个运动方向相互垂直的滑块将测试样(36)水平移动至热端可伸缩式电位探针(29)和冷端可伸缩式电位探针(30)的正下方。两块夹持电极(13)与直流脉冲电源(33)的两个输出端对应连接；热端可伸缩式电位探针(29)和冷端可伸缩式电位探针(30)与高精度数字电压表(34)的正极和负极对应连接。本实用新型专利技术能实现对长方体试样和圆柱体试样在不同区域的电阻率和塞贝克系数的直接测量，测量精度高。
Device for measuring resistivity and Sebek coefficient of semiconductor material
The utility model relates to a measuring device for semiconductor material resistivity and Sebek coefficient. The utility model has the technical proposal that the measuring device is composed of a lifting system, a horizontal moving system and a measuring system. The hot end and the cold end electrode (12) electrodes (24) are respectively fixed on the horizontal rod (9) at one end of the horizontal rod (9) and the other end of the nut slider (8) and the vertical screw rod (7) connected; clamping electrode (13) through the two slider movement direction perpendicular to the test sample (36) level moves to the hot end of a telescopic potential probe (29) and the cold end telescopic potential probe (30) is below. The two clamping electrode (13) power supply and DC pulse (33) of the two output terminals connected to the corresponding hot end; a telescopic potential probe (29) and the cold end telescopic potential probe (30) and high precision digital voltmeter (34) corresponding to the positive and negative connection. The utility model can realize the direct measurement of the resistivity and the Sebek coefficient of the cuboid sample and the cylinder sample in different regions, and the measuring precision is high.
【技术实现步骤摘要】
本技术属于半导体材料测量装置
具体涉及一种半导体材料电阻率和塞贝克系数的测量装置。
技术介绍
电阻率和塞贝克系数是半导体材料的重要参数。它们不仅能表征材料的电输运性能，同时能间接反映材料内部的载流子浓度和迀移率的高低。由于半导体材料与金属材料的导电机制不同，无法使用基于两探针法的欧姆表直接测量其电阻率。当欧姆表的测量电极与半导体接触时，会出现接触电阻效应和少数载流子注入现象，致使半导体材料的电阻率测量值大幅偏离真实值。目前多采用四探针法测量半导体材料的电阻率(见孙以材.半导体测量技术.北京:冶金工业出版社，1984:7?24)。半导体材料的塞贝克系数的测量装置分为两种:一种是静态法装置;另一种是动态法装置。静态法装置是在待测试样的两端产生一个固定的温差，对应的塞贝克电压与该温差的比值即为塞贝克系数。动态法装置是保持待测试样的一端温度恒定，将试样的另一端持续加热，从而在试样两端产生一个连续变化的温差，对该温差和所对应的塞贝克电压进行线性拟合，所得直线的斜率即为塞贝克系数(见贾磊等.温差发电的热力过程研究及材料的塞贝克系数测定.中国工程科学，2006,7:31-34)。上述两种装置相比较，静态法装置的缺陷是精度较低，测量结果重复性差;动态法装置的缺陷是相对费时。现有的高精度电阻率及塞贝克系数的测量装置，如日本的ZEM系列测量装置、德国的Linseis系列测量装置等，待测试样要求为横向截面尺寸为(2?5) X (2?5)mm2、纵向尺寸为5?15mm的长方体小试样，对于更大尺寸的大块试样，需要切割加工成相应尺寸的小试样后才能进行测量。而国内生产企业所使用的大块试样的电阻率和塞贝克系数的测量装置，电阻率测量大多基于两探针法，塞贝克系数测量大多采用静态法，测量精度较低，测量结果重复性较差，无法精确测量不同微小区域的电阻率和塞贝克系数，影响了对产品性能的客观评价。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术的缺陷，目的是提供一种半导体材料电阻率和塞贝克系数的测量装置，该装置能实现对长方体试样或圆柱体试样在不同待测区域的电阻率和塞贝克系数的直接测量，测量精度高。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是:该装置由升降系统、水平移动系统和测量系统组成。所述升降系统是:底板的上表面后侧对称地固定有两根方形钢管，方形钢管内由下往上依次装有下轴承、螺母式滑块、上轴承和端盖。竖直丝杆的下端安装在下轴承内，竖直丝杆的中部与螺母式滑块螺纹连接，竖直丝杆的上端穿出上轴承和端盖与上手轮固定连接。两根方形钢管的前侧沿竖直方向开有条形孔，两根水平杆的一端分别穿过对应的两根方形钢管的条形孔与螺母式滑块固定连接，两根水平杆的另一端与对应的热端电极和冷端电极的上表面固定连接。热端电极的结构是:热端电极壳体内装有热端可伸缩式电位探针、热端热电偶和单头加热器;热端可伸缩式电位探针位于热端电极壳体的前部右侧，热端热电偶位于热端电极壳体的前部左侧，单头加热器固定在热端电极壳体的中间位置处，热端可伸缩式电位探针的针尖向下伸出热端电极壳体，热端可伸缩式电位探针的针尖伸出热端电极壳体的长度为5?8mm。冷端电极的结构是:冷端电极壳体内装有冷端可伸缩式电位探针和冷端热电偶；冷端可伸缩式电位探针位于冷端电极壳体的前部左侧，冷端热电偶位于冷端电极壳体的前部右侧，冷端可伸缩式电位探针的针尖向下伸出冷端电极壳体，冷端可伸缩式电位探针的针尖伸出冷端电极壳体的长度为5?8mm。所述水平移动系统是:底板的上表面沿前后方向固定有两根相互平行的第一滑轨，两根第一滑轨上对称地装有两块第一滑块，四块第一滑块的上表面固定有一块第一绝缘板;两根第二滑轨沿左右方向平行地固定在第一绝缘板的上表面，两根第二滑轨上对称地装有两块第二滑块，四块第二滑块的上表面固定有一块第二绝缘板，两根第三滑轨沿左右方向平行地固定在第二绝缘板的上表面;两根第三滑轨上对称地装有两块第三滑块，第三滑块的上表面左右对称地装有第三绝缘板，两块第三绝缘板上对称地装有夹持电极。第二绝缘板的左右两端处对称地装有固定杆，固定杆上端设有螺纹孔，水平丝杆与固定杆的螺纹孔螺纹连接，水平丝杆的一端装有下手轮，水平丝杆的另一端装有圆盘，圆盘装在夹持电极的外侧卡槽内。所述测量系统是:—块夹持电极与直流脉冲电源的一个输出端连接，另一块夹持电极通过高精度数字电流表与直流脉冲电源的另一个输出端连接。热端可伸缩式电位探针和冷端可伸缩式电位探针与高精度数字电压表的正极和负极对应连接，热端热电偶和冷端热电偶与第一温度表和第二温度表对应连接。利用本装置能实现对长方体试样或圆柱体试样在不同区域的电阻率和塞贝克系数的直接测量。所述电阻率的测量方法是:先将待测试样的待测面划分为η个待测区域，再将待测试样放入夹持电极之间夹紧;移动第二绝缘板或/和第一绝缘板，将待测试样的第I个待测区域移至热端可伸缩式电位探针和冷端可伸缩式电位探针的正下方，使热端可伸缩式电位探针和冷端可伸缩式电位探针的针尖与待测试样的第I个待测区域接触。记录高精度数字电压表显示对应的正电压和负电压，同时记录高精度数字电流表显示对应的正向电流和反向电流。根据四探针法，分别得到电流正向阶段的电阻率和电流反向阶段的电阻率;所述电流正向阶段的电阻率和电流反向阶段的电阻率的平均值为第I个待测区域的电阻率Pu以此类推，测得第2个待测区域的电阻率P2,……，第η个待测区域的电阻率ρη。所述塞贝克系数的测量方法是:先将待测试样的待测面划分为η个待测区域，再将待测试样放入夹持电极间夹紧；移动第二绝缘板或/和第一绝缘板，将待测试样的第I个待测区域移至热端电极壳体和冷端电极壳体的正下方，使热端电极壳体和冷端电极壳体的底面与待测试样的第I个待测区域接触。 开启单头加热器，以第一温度表和第二温度表的温差为4°C时为第一个升温测量点，以后每升高0.5?1°C为一个测量点，直至两块温度表的温差大于10°C时结束。记录各测量点的两块温度表的温差，同时记录各测量点的高精度数字电压表显示的电压。以所述温差为横坐标和所述电压为纵坐标作图，线性拟合的直线的斜率为升温塞贝克系数。关闭单头加热器，以第一温度表和第二温度表的温差为10°C时为第一个降温测量点，以后每降低0.5?1°C为一个测量点，直至两块温度表的温差小于4°C时结束。记录各测量点的两块温度表的温差，同时记录各测量点的高精度数字电压表显示的电压。以所述温差为横坐标和所述电压为纵坐标作图，线性拟合的直线的斜率为降温塞贝克系数。所述升温塞贝克系数和降温塞贝克系数的平均值则为第I个待测区域的塞贝克系数α?ο以此类推，贝Ij测得第2个待测区域的塞贝克系数α2，……，第η个待测区域的塞贝克系数αη。由于采用上述技术方案，本技术与现有技术相比具有如下积极效果:I)传统高精度电阻率及塞贝克系数的测量装置只能测量横向截面尺寸为(2?5)X (2?5)mm2和纵向尺寸为5?20mm的长方体小试样，而本技术不仅适用于长方体小试样，且适用于较大尺寸的圆柱体试样和较大尺寸的长方体试样，测量时待测试样无需破坏，保护待测试样的完整性，简化测量程序，满足企业生产过程中测量需求。2)传统高精度电阻率及塞贝克系数的测量装置只能测量待测试样待测面的单一区域，本实用新本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体材料电阻率和塞贝克系数的测量装置，其特征在于所述测量装置由升降系统、水平移动系统和测量系统组成；所述升降系统的结构是：底板(1)的上表面后侧对称地固定有两根方形钢管(2)，方形钢管(2)内由下往上依次装有下轴承、螺母式滑块(8)、上轴承和端盖(10)，竖直丝杆(7)的下端安装在下轴承内，竖直丝杆(7)的中部与螺母式滑块(8)螺纹连接，竖直丝杆(7)的上端穿出上轴承和端盖(10)与上手轮(11)固定连接；两根方形钢管(2)的前侧沿竖直方向开有条形孔(6)，两根水平杆(9)的一端分别穿过对应的两根方形钢管(2)的条形孔(6)与螺母式滑块(8)固定连接，两根水平杆(9)的另一端与对应的热端电极(12)和冷端电极(24)的上表面固定连接；热端电极(12)的结构是：热端电极壳体(28)内装有热端可伸缩式电位探针(29)、热端热电偶(26)和单头加热器(27)；热端可伸缩式电位探针(29)位于热端电极壳体(28)的前部右侧，热端热电偶(26)位于热端电极壳体(28)的前部左侧，单头加热器(27)固定在热端电极壳体(28)的中间位置处，热端可伸缩式电位探针(29)的针尖向下伸出热端电极壳体(28)，热端可伸缩式电位探针(29)的针尖伸出热端电极壳体(28)的长度为5~8mm；冷端电极(24)的结构是：冷端电极壳体(31)内装有冷端可伸缩式电位探针(30)和冷端热电偶(32)；冷端可伸缩式电位探针(30)位于冷端电极壳体(31)的前部左侧，冷端热电偶(32)位于冷端电极壳体(31)的前部右侧，冷端可伸缩式电位探针(30)的针尖向下伸出冷端电极壳体(31)，冷端可伸缩式电位探针(30)的针尖伸出冷端电极壳体(31)的长度为5~8mm；所述水平移动系统的结构是：底板(1)的上表面沿前后方向固定有两根相互平行的第一滑轨(21)，两根第一滑轨(21)上对称地装有两块第一滑块(3)，四块第一滑块(3)的上表面固定有一块第一绝缘板(20)，两根第二滑轨(19)沿左右方向平行地固定在第一绝缘板(20)的上表面，两根第二滑轨(19)上对称地装有两块第二滑块(4)，四块第二滑块(4)的上表面固定有一块第二绝缘板(18)，两根第三滑轨(17)沿左右方向平行地固定在第二绝缘板(18)的上表面，两根第三滑轨(17)上对称地装有两块第三滑块(5)，第三滑块(5)的上表面左右对称地装有第三绝缘板(16)，两块第三绝缘板(16)上对称地装有夹持电极(13)；第二绝缘板(18)的左右两端处对称地装有固定杆(15)，固定杆(15)上端设有螺纹孔，水平丝杆(25)与固定杆(15)的螺纹孔螺纹连接，水平丝杆(25)的一端装有下手轮(14)，水平丝杆(25)的另一端装有圆盘(22)，圆盘装在夹持电极(13)的外侧卡槽(23)内；所述测量系统的结构是：一块夹持电极(13)与直流脉冲电源(33)的一个输出端连接，另一块夹持电极(13)通过高精度数字电流表(38)与直流脉冲电源(33)的另一个输出端连接；热端可伸缩式电位探针(29)和冷端可伸缩式电位探针(30)与高精度数字电压表(34)的正极和负极对应连接，热端热电偶(26)和冷端热电偶(32)与第一温度表(35)和第二温度表(37)对应连接。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：樊希安，荣振洲，江程鹏，张城诚，李光强，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。