ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к термоэлектрическому измерителю электрических параметров термоэлектрических пленок.
Известны устройства для измерения энергии одиночных импульсов тока на основе эффекта Зеебека - вакуумные и полупроводниковые интегрирующие бесконтактные термопреобразователи [1-2]. Недостатками вакуумных бесконтактных преобразователей [1, 2] являются их недостаточная чувствительность и низкое быстродействие для измерения энергий импульсов тока наносекундной - микросекундной длительностей в микроджоулевом диапазоне.
Известно устройство для измерения электрических параметров материала, которое содержит источник тока, измерительные средства, корпус с крышкой и линейно расположенные в корпусе зонды, выполненные из меди в виде пластин с заостренными рабочими концами, притом, что их другие концы соединены с измерительными средствами [3].
Однако известное устройство позволяет измерить только удельное сопротивление материала. При этом эффективность любого термоэлектрического материала определяется значением термоэлектрической добротности Z:
,
где α- коэффициент Зеебека, σ - электропроводность, k - теплопроводность.
Следовательно, необходимо измерение (α, σ, k) для получения информации о термоэлектрической эффективности исследуемого материала.
1-x
x
2
1-y
y
3
1-x
x
Таким образом, задачей данной полезной модели является расширение технологических возможностей устройства путем обеспечения измерения обеих электрических характеристик коэффициента Зеебека и электропроводности для пленок N-(BiSe)(TeSe) и P-BiSbтолщиной 10-1000 нм.
Для этого термоэлектрический измеритель электрических параметров термоэлектрических пленок содержит источник тока, измерительные средства, корпус с крышкой и линейно расположенные в корпусе зонды, выполненные из меди в виде пластин с заостренными рабочими концами, при этом их другие концы соединены с измерительными средствами, причем оно содержит шесть зондов, из которых два крайних зонда предназначены для измерения коэффициента Зеебека и один из них снабжен нагревателем, а четыре зонда, расположенные между ними, предназначены для измерения электропроводности, при этом измерительные средства состоят из вольтметра, подключенного к упомянутым крайним зондам, и связанного с ним контроллера для расчета коэффициента Зеебека, амперметра, подключенного к двум из четырех центральных зондов, вольтметра, подключенного к двум другим центральным зондам, и связанного с ним контроллера для расчета электропроводности, при этом в корпусе и крышке выполнены сквозные ответные друг другу пазы, в которых расположены упомянутые зонды, причем каждый зонд подпружинен, а два из четырех центральных зондов, подключенных к амперметру, подключены к источнику тока.
На фиг. 1 представлена схема измерителя, на фиг. 2 - корпус измерителя с зондами.
Термоэлектрический измеритель содержит шесть зондов 1, 2, 3, 4, 5, 6, выполненных из меди в виде пластин с заостренными рабочими концами. В корпусе 7 и крышке 8 выполнены соосные пазы, в которых по одной линии расположены зонды 1-6. Каждый зонд подпружинен для обеспечения одновременного электрического контакта с поверхностью исследуемого образца. Крайние зонды 1 и 6 используются для измерения коэффициента Зеебека, центральная группа из четырех зондов 2, 3, 4, 5 - для измерения электропроводности. У одного из зондов 6 для измерения коэффициента Зеебека имеется нагреватель 9, при этом нагревающий зонд 6 создает перепад температур между крайними зондами 1 и 6. Измерительные средства состоят из вольтметра 10(V1), подключенного к упомянутым крайним зондам 1 и 6, и связанного с ним контроллера 11(РС1) для расчета коэффициента Зеебека, амперметра 12(А1), подключенного к центральным зондам 2 и 5, вольтметра 13 (V2), подключенного к другим центральным зондам 3 и 4, и связанного с ним контроллера 14(РС2) для расчета электропроводности. Два из четырех центральных зондов 2 и 5 подключены к источнику тока 15(I(U)-2). Нагреватель 9 подключен к источнику питания 16(I(U)-1).
Устройство используют следующим образом.
Измеритель прикладывают к образцу с нанесенной на него исследуемой пленкой с небольшим усилием, достаточным для частичного сжатия пружин и обеспечения электрического контакта между всеми зондами 1-6 и поверхностью пленки на образце.
На нагреватель 9 подается ток от источника питания 16. Температура нагреваемого зонда 6 контролируется температурным контроллером 11 с помощью термопары, установленной на этом зонде. Контроллер 11 регулирует подаваемый на нагреватель 9 ток и с целью поддержания заданной температуры зонда 6.
По достижении целевой разности температур значение электрического напряжения между зондами 1 и 6 снимается вольтметром 10 и передается в контроллер 11. Контроллер 11 по полученным данным рассчитывает коэффициент Зеебека.
Одновременно с этим проводится измерение электропроводности образца. Источник тока 15 настраивается на поддержание постоянной величины тока 10 мА, который контролируется амперметром 12 и значение передается в контроллер 14. Между зондами 3 и 4 измеряется величина падения напряжения с помощью вольтметра 13 и передается в контроллер 14. По полученным значениям контроллер 14 рассчитывает электропроводность образца.
-4
-7
Таким образом, с помощью измерителя определяют одновременно коэффициент Зеебека от 10 до 500 мкВ/К и электропроводность от 10 до 10 Ом⋅м исследуемого материала, в частности для измерения характеристик пленок толщиной меньше 10 мкм вплоть до 10 нм, для измерения характеристик пленок на твердых подложках, для измерения характеристик пленок на гибких подложках.
Источники информации:
1. Термопреобразователь вакуумный бесконтактный типа ТВБ. Технические условия 0.339.007 ТУ.
2. Термоэлектрические полупроводниковые интегрирующие преобразователи ТИ-0101, ТИ-0104, ТИ-0114, ТИ-0120. Технические условия главного конструктора АЮЖ 3.369.018 ТУ ГК.
3. SU 1385087 A1, 30.03.1988.