薄膜材料电阻率高通量表征平台开发

发布时间：2020-06-17 18:44

【摘要】：电阻率是反映电子材料的导电性及其内部载流子浓度的重要指标。光伏薄膜材料的开发过程中,电阻率表征工作是对材料性能进行评估的重要步骤。将材料基因组计划的研发思想应用于光伏薄膜材料的开发,对快速准确地对大批量薄膜样品的电阻率进行高通量表征提出了更高的要求。传统的测试设备存在手动操作自动化程度低的问题,并且为了满足其修正精度,对样品的规格有着较高的要求。因此,开发设计自动化程度更高的、针对批量化小尺寸薄膜样品进行电阻率表征的设备具有重要的应用价值。针对这一课题目标,本文主要从以下几个层面开展研究工作:首先总体阐述了当前阶段薄膜电阻率测试的主要方法及其各自的基本原理与应用范围;尤其对直线四探针法以及基于此的四探针双电测组合法进行了较为详细的说明,并将其作为本测试设备开发的基础原理依据。针对小尺寸薄膜样品进行了双电测组合法修正算法的简化与改善,提出了对于样品自身电阻率分布不均匀性的优化理念。其次,以双电测组合法的基本测试原理建立了自动化测量装置。以虚拟仪器平台为核心进行系统的规划整合,利用数字源表与继电器模组来完成整体电信号回路的导通;使用步进电机驱动的运动模组以及附加压力传感器的样品平台来实现样品的切换以及探针的稳定接触;数据处理阶段,上位机后台程序将仪表采集到的信号进行处理,调用求解程序计算样品的方阻值并进行修正,最终实现小尺寸薄膜样品阵列的电阻率自动化测试。选取ITO薄膜、炭黑薄膜,碳纳米管薄膜等为测试样品进行试验,利用本表征设备分别测试其样品方阻。通过数据处理与误差分析可知,在充分考虑测试环境等边界条件的前提下,本测试系统的测试结果与理论值一致性较好,从而也说明了针对小尺寸样品的优化修正算法的有效性。最后对于不同浓度配比的炭黑薄膜样品阵列进行高通量扫描测试,获取了阵列中样品的方块电阻分布。
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2
【图文】：

初始概念,高通量,研究人员,材料

图１．１邋Ｈａｎａｋ提出的材料高通量实验的初始概念逡逑对于当时只研究一种成分的新材料的研发新概念，包括合成、分析、测试的一整套理溅射的多组分材料和成方法，以及一种基于法。将这种方法被具体应用于新的二元超导搜索和开发速度提高了数十倍之多，并且预实验的初始概念包括以下几个部分：逡逑成完整的多组分材料体系；逡逑损、全面的成分结构分析；逡逑动化、高速率的材料性能测试；逡逑，以表格、图形、函数等形式进行输出。逡逑合化学逐渐兴起，并随之产生了高通量基因反应器等技术手段。９０年代中后期，高通量

电场分布,电场分布,原理

探针法的基本原理逡逑探针测量电阻率的基本原理是，四根探针与样品表面进行接触，其中两根探流源对样品进行电流注入，从而在样品内部激励形成扩散电场，使得样品上都对应着特定的电势值。电场稳定之后，由电压表读取另外两根探针各自对电势差，根据电流电压数据，结合样品的形状尺寸与探针的位置分布，从而出待测样品材料的电阻率［４３］。具体实施过程中，根据薄层样品的厚度不同，场分布形态也有较大差异，需要区别应用体原理或者薄层原理的物理模型率公式的推导。另外，在不满足四探针法测准条件的前提下得到的电阻率结加以进一步的修正，从而减小测量原理误差，得到较为准确的结果。逡逑原理逡逑原理的应用条件是，样品的几何尺度与相邻探针间的距离比较可以近似看作设探针注入的电流源强度为／，假设样品内部的电阻率分布均匀性足够理想，力线分布呈标准的放射状，等势面分布为一系列同心半球面，如图所示。逡逑电流源｜逡逑

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