一種測量Seebeck系數(shù)的裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于測試裝置技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種測量Seebeck系數(shù)的裝置及其 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近來熱電材料運(yùn)一新興的能源轉(zhuǎn)換材料越來越多的受到人們的關(guān)注，它是一種通 過半導(dǎo)體材料內(nèi)部載流子輸運(yùn)來實(shí)現(xiàn)熱能與電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料。熱電材料獨(dú)有的工 作時(shí)無噪音、無需傳動(dòng)部件，清潔、環(huán)保，使用壽命長等一系列的優(yōu)勢，使得運(yùn)種材料具有廣 泛而光明的應(yīng)用前景。運(yùn)就使得針對熱電材料相關(guān)性能的測試顯得尤為重要，其中Seebeck 系數(shù)是熱電材料的重要性能參數(shù)之一。Seebeck系數(shù)，又可稱為塞貝克系數(shù)，作為一種材料 固有的一個(gè)性能參數(shù)，根據(jù)定義，材料的Seebeck系數(shù)可表示為：
[0003]
[0004] 其中：S為材料的Seebeck系數(shù)，Δ T是材料測試兩端的標(biāo)準(zhǔn)溫差，Vsr表示在溫差Δ T 下產(chǎn)生的Seebeck電壓。
[0005] Seebeck系數(shù)的大小直接與衡量熱電材料熱電性能的系數(shù)即熱電優(yōu)值相關(guān)，精確 測量材料的Seebeck系數(shù)，對于熱電材料性能的評定和研究具有重要的實(shí)際意義。然而，對 于半導(dǎo)體材料Seebeck系數(shù)的測試，國際、國內(nèi)目前都沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。雖然從物理概念上看 Seebeck系數(shù)的定義較為簡單，但在實(shí)際測量過程中，如何建立樣品兩端溫差、同時(shí)測量樣 品同一位置的溫度和電壓、測量過程中各種因素附帶的干擾電壓、數(shù)據(jù)處理方式等方面均 存在各種實(shí)際的問題[L.Adnane,N. Williams, H. Silva, and A.Gokirmak.Rev. Sci . Instrum. 86,105119(2015).]。在已經(jīng)開發(fā)出來的檢測設(shè)備中，絕大 多數(shù)都是針對半導(dǎo)體塊體樣品的測量，而且很多都是用到的是二探針法(例如，針對塊體樣 品的Seebeck系數(shù)和電阻率一體化的集成測試），運(yùn)些裝置對于某些材料不便于加工成塊體 形狀的半導(dǎo)體材料，或者對樣品放置方式有要求的半導(dǎo)體，則不能很好的完成測量。對片體 樣品的測試W及運(yùn)用類似四探針測試電阻技術(shù)測試Seebeck系數(shù)的裝置并不多見，與之相 對應(yīng)的Seebeck系數(shù)測試的流程標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)處理方法也存在空缺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種測量Seebeck 系數(shù)的裝置及其方法，其中通過對該裝置關(guān)鍵的測量原理、各個(gè)組件的結(jié)構(gòu)及其設(shè)置方式 等進(jìn)行改進(jìn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠有效解決測量樣品形狀要求高的問題，進(jìn)行測量的樣品 其形貌可靈活多樣，并且該裝置可W測試在不同溫度條件下的材料Seebeck系數(shù)，裝置結(jié)構(gòu) 簡單，由于是采用基于四個(gè)探針求得多組Seebeck系數(shù)再求平均的測試方法，測量得到的 Seebeck系數(shù)測量準(zhǔn)確性高。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種測量Seebeck系數(shù)的裝置， 其特征在于，包括主加熱器（1)、副加熱器巧）、第一絕緣導(dǎo)熱體(3)、第二絕緣導(dǎo)熱體(4)、第 一主探針（11)、第一副探針（12)、第二主探針（13)、第二副探針（14)、第一主熱電偶(7)、第 一副熱電偶(8)、第二主熱電偶(9)和第二副熱電偶（10);其中，
[000引所述第一絕緣導(dǎo)熱體(3)和所述第二絕緣導(dǎo)熱體(4)均位于所述主加熱器（1)上， 呈前后位置關(guān)系放置，并且所述第一絕緣導(dǎo)熱體(3)和所述第二絕緣導(dǎo)熱體(4)兩者不直接 接觸;所述第一絕緣導(dǎo)熱體(3)和所述第二絕緣導(dǎo)熱體(4)均用于放置待測量樣品；該待測 量樣品的一端與所述第一絕緣導(dǎo)熱體(3)接觸，另一端與所述第二絕緣導(dǎo)熱體(4)接觸；
[0009] 所述副加熱器(5)位于所述第一絕緣導(dǎo)熱體(3)-側(cè)，用于對所述第一絕緣導(dǎo)熱體 (3)加熱;所述主加熱器（1)用于同時(shí)對所述第一絕緣導(dǎo)熱體(3)和所述第二絕緣導(dǎo)熱體(4) 加熱；
[0010] 所述第一主探針（11)和所述第一副探針（12)分別用于測量所述待測量樣品與所 述第一絕緣導(dǎo)熱體(3)相接觸部分左右兩端的電位，所述第二主探針（13)和所述第二副探 針（14)分別用于測量所述待測量樣品與所述第二絕緣導(dǎo)熱體(4)相接觸部分左右兩端的電 位；
[0011] 所述第一主熱電偶(7)和所述第一副熱電偶(8)分別位于所述第一絕緣導(dǎo)熱體(3) 下方的左部和右部，分別用于測量所述待測量樣品與所述第一絕緣導(dǎo)熱體(3)相接觸部分 左右兩端的溫度;所述第二主熱電偶(9)和所述第二副熱電偶（10)分別位于所述第二絕緣 導(dǎo)熱體(4)下方的左部和右部，分別用于測量所述待測量樣品與所述第二絕緣導(dǎo)熱體(4)相 接觸部分左右兩端的溫度。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述待測量樣品為塊狀樣品或片狀樣品。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述第一主探針（11)、所述第一副探針（12)、所述第二 主探針(13)、所述第二副探針(14)和所述待測量樣品均位于真空環(huán)境或保護(hù)氣體環(huán)境下。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述第一主熱電偶(7)、所述第一副熱電偶(8)、所述第 二主熱電偶(9)和所述第二副熱電偶（10)的位置均可W左右調(diào)節(jié)。
[0015] 按照本發(fā)明的另一方面，提供了利用上述測量Seebeck系數(shù)的裝置的Seebeck系數(shù) 的測量方法，其特征在于，包括W下步驟：
[0016] (1)待測量樣品的安裝：
[0017] 將待測量樣品放置在第一絕緣導(dǎo)熱體和第二絕緣導(dǎo)熱體上，使該待測量樣品的一 端與所述第一絕緣導(dǎo)熱體接觸，另一端與所述第二絕緣導(dǎo)熱體接觸;通過主加熱器和副加 熱器對所述待測量樣品進(jìn)行加熱；
[001引（2)測量溫度及電位:利用第一主探針、第一副探針、第二主探針、第二副探針、第 一主熱電偶、第一副熱電偶、第二主熱電偶和第二副熱電偶分別測量所述待測量樣品的溫 度與電位，其中，
[0019] 所述第一主探針和所述第一副探針分別用于測量所述待測量樣品與所述第一絕 緣導(dǎo)熱體相接觸部分左右兩端的電位；
[0020] 所述第二主探針和所述第二副探針分別用于測量所述待測量樣品與所述第二絕 緣導(dǎo)熱體相接觸部分左右兩端的電位；
[0021] 所述第一主熱電偶和所述第一副熱電偶分別位于所述第一絕緣導(dǎo)熱體下方的左 部和右部，分別用于測量所述待測量樣品與所述第一絕緣導(dǎo)熱體相接觸部分左右兩端的溫 度；
[0022] 所述第二主熱電偶和所述第二副熱電偶分別位于所述第二絕緣導(dǎo)熱體下方的左 部和右部，分別用于測量所述待測量樣品與所述第二絕緣導(dǎo)熱體相接觸部分左右兩端的溫 度；
[0023] (3)計(jì)算 Seebeck 系數(shù)：
[0024] 記所述第一主熱電偶測量得到的溫度與所述第二副熱電偶測量得到的溫度兩者 的差值為A Ti，所述第一副熱電偶測量得到的溫度與所述第二主熱電偶測量得到的溫度兩 者的差值為A T2,所述第一副熱電偶測量得到的溫度與所述第二副熱電偶測量得到的溫度 兩者的差值為A T3,所述第一主熱電偶測量得到的溫度與所述第二主熱電偶測量得到的溫 度兩者的差值為ΔΤ4;
[0025] 所述第一主探針測量得到的電位與所述第二副探針測量得到的電位兩者的差值 為VI，所述第一副探針測量得到的電位與所述第二主探針測量得到的電位兩者的差值為V2， 所述第一副探針測量得到的電位與所述第二副探針測量得到的電位兩者的差值為V3,所述 第一主探針測量得到的電位與所述第二主探針測量得到的電位兩者的差值為V4;
[0026] 根據(jù)Δ Τι、A T2、Δ T3、Δ 了4、心￥2、￥沸￥4計(jì)算該待測量樣品的86666〇4系數(shù)。
[0027] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述ΔΤι、ΔΤ2、ΔΤ3、ΔT4、Vl、V2、V3和V4為多組，所述多 組A Τι與所述多組Vi-一對應(yīng)，所述多組Δ T2與所述多組V2-一對應(yīng)，所述多組Δ T3與所述 多組V3--對應(yīng)，所述多組Δ T4與所述多組V4--對應(yīng)；
[0028] 所述樣品的Seebeck系數(shù)S滿足：
[0029]
[0030] 其中，Si為所述多組Δ Τι與所述多組Vi線性擬合后的斜率;S2為所述多組Δ T2與所 述多組V2線性擬合后的斜率;S3為所述多組ΔΤ3與所述多組V3線性擬合后的斜率;S4為所述 多組Δ T4與所述多組V4線性擬合后的斜率。
[0031] 通過本發(fā)明所構(gòu)思的W上技術(shù)方案，能夠取得W下有益效果：
[0032] 1.通過對測試裝置結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，能夠測試片狀樣品的Seebeck系數(shù)。本發(fā)明通 過設(shè)置第一主/副探針和第二主/副探針，將待測量樣品（如半導(dǎo)體材料樣品)放置在第一絕