[发明专利]半导体热电致冷材料电学参数综合监测装置

说明书

技术领域

本发明属于半导体热电致冷材料电学性能测试领域。

背景技术

电导率和塞贝克系数是衡量半导体致冷材料电学性能优劣的重要参数，在半导体致冷材料性能优化与研发过程中电学参数的测试方法已经基本成熟。但是，在材料的生产过程中电学参数的监测过程还存在没有解决的技术难题。

在热电材料的生产过程中，以Bi₂Te₃基取向固溶体晶棒为例，通常采用熔炼区熔法生产，区熔过程中由于熔区对材料产生分凝作用从而造成在晶棒材料头、尾的成分偏析使材料的热电性能发生变化。通常情况下晶棒的头、尾部热电性能较差，需要对晶棒的头尾进行截取回收利用，以降低材料的生产成本。如何准确选取最佳的截取位置并得到电导率及Seebeck系数均达标的产品是一个难以解决的问题。生产的柱状晶棒各处电学性能是否均匀达标，无法在生产过程中直接进行监测，通常采用的方法是先将晶棒切割成小块条形长方晶体颗粒，对晶体颗粒进行标号再逐个测量，然后通过建立直角坐标系将测量结果描绘成变化曲线来分析产品性能的分布情况。这种方法虽然测试结果精确，但是耗时费力、效率低下，而且还大大破坏了产品的完整性，难于实现对所有晶棒材料电学性能的监测。由于工艺环境的波动必然导致产品之间存在个性化差异，所以对晶棒头、尾切割位置的选取只能做粗略的估算，这必然造成不合格产品的漏检与合格产品的浪费。不合格材料一旦进入器件的生产流程，不仅会造成原材料的巨大浪费，而且会直接影响热电器件的性能则可能会造成更加严重的后果和更大的经济损失。此外，对不同电学参数的测试通常采取不同的测试平台进行，这样的做法不仅造成测试设备的重复设置、体积庞大、资源浪费，同时也不利于测试系统的集约化从而影响其便携性。

目前，在半导体热电致冷材料生产中急需既能够实现材料电学性能精确测试又能实现材料生产过程中电学性能高效率监测的综合性测试装置。本发明专利就是为解决这一实际问题提出的。

发明内容

本发明是为了解决生产过程中对半导体热电致冷材料的电学性能进行测试的过程复杂和破坏测试样品完整性的问题。本发明提供了一种半导体热电致冷材料电学参数综合监测装置。

半导体热电致冷材料电学参数综合监测装置，它包括数字电压表、数显恒流源、升降式四相滑动端子、赛贝克系数测试模块、大尺寸晶棒电导率测试模块、小块切割样品电导率测试模块；

所述的升降式四相滑动端子包括4个输入端和4个输出端；

数字电压表的两个电压测试端分别与升降式四相滑动端子的两个输入端连接，数显恒流源的两个电流测试端分别与升降式四相滑动端子的另两个输入端连接，

升降式四相滑动端子的4个输出端分别与赛贝克系数测试模块的4个输入端、大尺寸晶棒电导率测试模块的4个输入端和小块切割样品电导率测试模块的4个输入端连接。

所述的大尺寸晶棒电导率测试模块包括可调节探针和样品夹，

所述的可调节探针具有两个接触探头，且两个接触探头之间的距离可调，该两个接触探头用于检测待测晶体样品上任意两点之间的电压，

一个接触探头同时与数显恒流源的一个电流测试端和数字电压表的一个电压测试端连接，

另一个接触探头同时与数显恒流源的另一个电流测试端和数字电压表的另一个电压测试端连接，

样品夹用于夹持待测晶体样品，还用于接收测试电压。

所述的可调节探针的两个接触探头为柱状铜质电极。

所述的小块切割样品电导率测试模块包括1号双向换向开关和2个测试电极；

1号双向换向开关具有两个输入端、两个输出端和两个可动端，

2个测试电极用于夹固待测晶体样品，且2个测试电极的分别与1号双向换向开关的两个可动端连接，

1号双向换向开关的一个输入端同时与数显恒流源的一个电流测试端和数字电压表的一个电压测试端连接，

1号双向换向开关的另一个输入端同时与数显恒流源的另一个电流测试端和数字电压表的另一个电压测试端连接。

所述的赛贝克系数测试模块包括数字温度控制表、温度控制开关、电压测试开关、2号双向换向开关、1号温度调节开关、2号温度调节开关、恒温电极和温度控制电极；

2号双向换向开关具有两个输入端、两个输出端和两个可动端，

电压测试开关具有两个可动端和两个固定端，

温度控制开关、1号温度调节开关和2号温度调节开关均为单刀单掷开关，

恒温电极和温度控制电极分别用于夹固在待测晶体样品的两端，