半导体热电材料性能参数测量方法及装置研究

发布时间：2020-07-19 12:57

【摘要】：热电材料作为一种能实现热能和电能相互转换的功能材料,在余热回收利用和半导体制冷领域具有重要的应用前景。正是因为热电材料所展现出来的巨大吸引力,越来越多的个人和科研机构投入到了这种材料的研究工作之中。而准确测量热电材料的性能参数,对于研究这种材料至关重要。塞贝克系数和电阻率是衡量热电材料输运性能的两个重要参量,而且都属于电性能相关的参数,可以通过合理设计实现一体化的测量。所以研究、开发能精准测量这两种参数的一体化仪器设备具有很重要的实际意义。本文总结了各种测量材料塞贝克系数和电阻率的方法,并综述和讨论了各种实例化测量结构的优缺点。在这个基础上,提出了一套新的一体化测量这两个参数的测量结构。设计出的样品台结构能很好的解决塞贝克系数测量过程中的传统难题。在测量方法上,和以往不同,该结构首次采用四个探针同时测量塞贝克系数。将四个探针组合测量到的四个塞贝克系数值求平均进而得到最终的测量结果,这样能很好的保证测量标准样品时结果的准确性。并且,通过对比四组探针测量到的塞贝克系数值,还可以判别出样品是否符合要求,例如四组数据差别较大,则可能是样品存在不均匀的非连续区域。这使得本平台测量得到的数据更加准确且具说服力。再者,四探针的测量结构也是与范德堡法测量电阻率所要求的配置相符合的。本文根据新提出来的测量方法设计了相应的电路,并利用软件Altium Designer 14制作并加工出了PCB电路板。采用电路板控制模块tM-C8和I-7018Z数据采集卡,并通过485转串口实现模块与电脑通信,最终完成测量电路控制和信号采集。硬件上达到了测量两参数的要求。利用搭建好的硬件平台,采用编程软件Labview独立开发出了稳定、易用、高度自动化的配套测量软件。通过多线程、模块化的设计,软件能够满足测试者对参数测量、结果显示、保存并导出等各方面的测量要求,并能保证较高的测量精度。本文最后利用康铜和p型Bi_2Te_3样品,采用本测量平台和同类测量设备进行了对比测量实验。测量结果证明,本测量平台具有较高的准确性。为验证提出的塞贝克系数测量新方法,本文采用同一p型Bi_2Te_3样品,处理使得样品块体中存在一处不均匀区域,最终测量得到了四组不同的塞贝克系数值,很好的验证了本方法的正确性。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB34;TH89
【图文】：

塞贝克系数,传统材料,材料成本

始在很多应用方向上崭露头角[1机制冷、便携式冷暖箱、红外探冷上面都表现出常规传统材料所，长期以来，较高的材料成本和展。因此，迫切需要继续推进热高性能新材料新体系、降低成本践基础[12]。测量方法数的定义，可以知道测量塞贝克计算过程。

示意图,塞贝克系数,拟合,示意图

TVS 能将测量线路内附带的各种寄生干扰信号扰电动势，测量误差往往会非常大，故一克系数测量会采集多组温差和电压的信号数到的温差和电压数据之间拟合出的曲线往往干扰电压的影响是不可避免的。而在目标温克系数可以认为是恒定不变的，可以通过拟即为材料在该温度下的塞贝克系数。所以，

探针法,四探针法,误差来源,电阻率测量

图 1.3 常规电阻率测量方法及误差来源实际测量电阻率常用的方法主要有以下几种：两探针法；四探针法；范德21]。下面将简要介绍每种测量方法。(1) 两探针法两探针法的主要思路是利用探针与样品直接接触，避免了将线路与样品之接触电阻上的电压纳入测量范围，从而消除误差。该方法要求试样应为长柱状，并且应具有均匀一致的成分。

【参考文献】