[发明专利]一种测试膜状热电材料Seebeck系数的方法及其测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及专门适用于检测的热电半导体器件或其部件的方法或设备，尤其涉及一种用于测试膜状热电半导体材料Seebeck系数的方法与装置。

背景技术

1821年，德国科学家塞贝克（Seebeck）发现，两种不同金属线两端联接在一起时，若将一接点置于高温状态T2（高温），而另一接点置于低温状态T1（冷端），则在两端之间存在电动势差ΔV，该现象称为Seebeck效应，ΔV与冷热两端的温度差ΔT成正比，即ΔV=SΔT，其中S被称作Seebeck系数。

Seebeck系数是热电材料最为重要的性能参数之一，精确测定它对于深入研究不同材料热电性能，进而深入研究和开发新型半导体热电材料器件具有重要的应用价值和理论意义。目前，世界各国已开发出一些测试半导体热电材料Seebeck系数的装置，如日本ZEM系列Seebeck系数测量装置，德国林赛斯Seebeck/电阻分析系统等。但这些测试装置仍存在一些问题：1、测试装置庞大，结构复杂，造价高昂，过程复杂，导致测试费用昂贵。2、测试装置主要针对块体热电材料，对于待测试样规格要求较高，无法对膜状热电材料进行测试。

与块体热电材料测试相比，膜状热电材料的测试由于待测试样较薄的原因具有一些特殊的地方。首先，采集电动势信号的电极往往难以与待测试样充分的接触，接触不良会导致测量的误差产生；其次，现有的电极与待测试样连接方式大致分两类，一类为采用导电银浆将电极与待测试样粘合，但往往由于导电银浆耐温所限，无法在较高温度条件下进行测量，且待测试样无法回收。第二类为采用夹具将电极与待测试样夹住，实现电极与待测试样较好的接触。中国发明专利申请“薄膜温差电材料赛贝克系数测试系统及方法”（发明专利申请号：200810153534.2公开号：CN101413908A）公开了一种薄膜温差电材料塞贝克系数测试系统及方法，包括测试装置和控制及测试电路系统；待测试样放置在位于待测试样支撑架上的绝缘片上，并通过待测试样固定卡分别与二个待测试样测温热电偶紧密接触；通过位于待测试样一侧的电加热块在待测试样的内部建立起温差，且沿温差方向间隔分布的二个待测试样测温热电偶测得所在位置处薄膜温差电材料的温度，分别借助于由这两个待测试样测温热电偶中的各一根导线引出的Seebeck电动势测量线，测得待测试样在这两个测温热电偶所在位置处薄膜温差电材料内部产生的Seebeck电动势；该发明可以快速准确地测量薄膜温差电材料的塞贝克系数，解决了目前薄膜温差电材料塞贝克系数无法测量的问题。但是，该发明通过待测试样固定卡将电极与待测试样夹住，形成点接触，一方面容易造成对待测试样的损坏，另一方面因接触点的位置不同引入测量误差，致使测量可重复性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够精确采集待测试样两端的温度及其对应位置上的温差电动势，从而准确测试膜状热电材料Seebeck系数的方法，解决材料边缘效应和采样电极与膜状热电材料接触不良而带来的测试误差过大的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种测试膜状热电材料Seebeck系数的方法，使用计算机控制一套包括测试端模块，加热模块和数据采集模块的测试装置，获取膜状热电材料待测试样的温度和温差电动势信号，其特征在于：

所述的加热模块采用条状陶瓷加热片给待测试样的高温端施加热量，使待测试样长度方向的温度均匀，使待测试样的高温端和低温端之间的温差，激发出的温差电动势，沿平行于待测试样的长度方向形成等势线；

所述的加热模块使用可调恒流源控制条状陶瓷加热片的供电电流，控制待测试样两端的温差，使沿待测试样宽度方向的温度呈梯度分布；

所述的测试端模块配置与待测试样沿等势线方向成线接触的丝状电极，通过丝状电极采集待测试样高温端和低温端的温差电动势信号，通过数据采集模块转换为数字信号后传送给计算机。

本发明的另一个目的是提供一种使用上述测试装置膜状热电材料Seebeck系数的测试装置，解决现有测试装置容易因采样电极与膜状热电材料接触不良而导致测量误差大的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种使用上述测试方法的膜状热电材料Seebeck系数测试装置，包括测试端模块，加热模块和数据采集模块；所述的数据采集模块通过测试端模块，连接到涂覆有膜状热电材料的待测试样，获取待测试样的温度和温差电动势模拟量信号，并将其转换为数字信号，传送给计算机执行Seebeck系数计算，其特征在于：