[其他]矿物半导体检测仪器

说明书

本发明属于测定矿物的物理性能的装置。目前国内外测定矿物是否具有半导体特征均采用直接或间接测定该矿物电阻率的方法如两针法、四针法等。但不适于对一些表面形状不规则，体积很小的物质，如矿物颗粒进行测定。本发明基于新的原理来检测表面不规则体积小的矿物半导体性能，使该矿物同电极组成类似肖特基二极管结构，检测该结构是否具有整流特性从而判定该物质是否具有半导体特性。

本发明提出了一种新型的检测矿物半导体的装置。

目前检测半导体物质的方法有多种，如接触测量的二探针法、四探针法，非接触测量的微波测量法，电感测量法。探针法是测量试样的电阻率，方法简单。但对试样的形状体积要求比较苛刻，要求试样有一定的接触面积，接触面要平整。而且由于接触电阻项的存在，测量结果会产生很大偏差。非接触的微波测量法。电感测量法也都是间接通过电阻测量来判定试样电阻率的方法，虽然理论上讲非接触测量结果比较精确，但试样需精确成形是一个最大的缺点。这样，对于形状不规则天然矿物特别是体积很小的矿物颗粒，上述两类检测方法都无能为力。ⅡB型天然金钢石的测定就是这种情况。天然金钢石根据含氮量多少可以划分为三种类型：Ⅰ型、Ⅱ型、过渡型，这三类金钢石的区分是通过红外分光光度计完成的。Ⅱ型金钢石又分为ⅡA和ⅡB两个亚型，ⅡA为绝缘体，具有很高的热传导性能，可以作为红外窗口材料，ⅡB型具有半导体性能，耐高温，有较高的机械强度和抗腐蚀性能，可以制成金钢石整流器，金钢石三极管等器件，这些金钢石半导体器件具有体积小、功率大、耐高温等优点。检测出半导体金钢石有很重要的意义，目前国际上检测金钢石半导体采用前述的探针法，只能检测一些体积较大的金钢石颗粒，且需要进行表面修整，破坏了金钢石颗粒的完整性，降低了金钢石的价值。

本发明是一种新的检测矿物半导体的方法及装置。本发明摒弃了过去一直沿用的直接或间接测量试样电阻率来鉴定该试样是否为半导体物质的方法，而是根据金属和掺杂浓度不高的半导体紧密接触，可构成肖特基二极管，具有整流特性这一原理。将被测矿物试样置于两个电极之间，使矿物试样与其中一个电极形成整流接触，与另一个电极形成欧姆接触，构成类似肖特基二极管结构，然后给予交流信号，构成电子回路，如果被测矿物具有半导体性能，则其与金属紧密接触构成的肖特基二极管具有整流特性，能对交流信号进行整流，产生直流信号，如果被测矿物不具有半导体性能，则其与金属紧密接触形成的结构不具有整流特性，因而不会有直流信号产生。

利用上面所述方法而设计的检测矿物半导体的装置由主机、示波器和试样载装台来组成。载装台（图1）的作用是把矿物试样同电极构成类似肖特基二极管的结构。载装台由上、下电极3、5、分别对上、下电极进行加热和冷却的装置1、6等组成，最关键的部件是电极，为适应检测不同粒度的矿物，有两套电极装置，即冷电极装置和热电极装置。图2为冷电极示意图，3为金属制作的上电极，4为试样颗粒，5为导电橡胶或导电树脂制的下电极，7为金属制下电极托板。图2中的上电极3是由金属制造，与试样4紧密接触，形成类似肖特基装置，如果下电极也同样是金属电极则形成两个方向相反的类似肖特基装置，这样即使该试样具有半导体特性，整个结构也不具有整流特性。所以必须使下电极与试样形成无整流作用的欧姆接触。使用导电橡胶或导电树脂作电极，下面衬以金属托板7，导电橡胶或导电树脂具有压缩性，可以使矿物颗粒4与下电极5形成欧姆接触，仅与上电极3形成整流接触，构成肖特基二极管形式装置，然后通以交流信号，看其是否具有整流作用以确定该矿物颗粒是否具有半导体特性。但是对于厚度小于1mm的矿物试样，用冷电极法就不行了，因为导电橡胶或导电树脂具有压缩性，矿物试样易全部陷于导电橡胶或导电树脂内，而使上下电极接触短路。对于粒度小于1mm大于0.5mm的矿物试样使用热电极法测定其半导体特性，热电极装置（图3）的特点是利用恒温热电极3代替导电橡胶或导电树脂同矿物试样实现欧姆接触，热电极装置的两个电极都是金属制成，若不加热，则矿物颗粒同上下两电极形成同样的类似肖特基二极管式的装置，而方向相反，即使被测矿物颗粒具有半导体特性。整个装置也无整流作用。如对上电极加热，由于热电极整流作用比冷电极整流作用小，所以上电极与试样的接触相当于欧姆接触下电极与试样的接触相当于整流接触，整个装置就具有了整流作用。加热器内装了用以控制恒温的测温传感热敏元件2。