[发明专利]一种测量电阻率和塞贝克系数的装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料测量技术领域。具体涉及一种测量电阻率和塞贝克系数的装置及其 使用方法。

背景技术

电阻率和塞贝克系数是半导体材料的重要参数。它们不仅能表征材料的电输运性能，同时 能间接反映材料内部的载流子浓度和迁移率的高低。由于半导体材料与金属材料的导电机制不 同，无法使用基于两探针法的欧姆表直接测量其电阻率。当欧姆表的测量电极与半导体接触 时，会出现接触电阻效应和少数载流子注入现象，致使半导体材料的电阻率测量值大幅偏离真 实值。目前多采用四探针法测量半导体材料的电阻率(见孙以材.半导体测量技术[M].北京:冶 金工业出版社,1984:7～24)。四探针法中，四根探针排成一行，两根外侧的探针与直流电源连 接，两根内侧的探针与高精度数字电压表连接。假设待测试样的截面为S，通过两根外侧的探针 施加稳定的电流I，在试样中产生一个稳定的电场，然后通过两根中心距为D的内侧的探针获得 两个等电位面间的电压U。对于外形规整的长方体试样和圆柱体试样，其电阻率ρ为：

ρ=RSD=UI·SD---(1)]]>

式(1)中：R为电阻，Ω。

半导体材料的塞贝克系数的测量方法有两种：一种是静态法；另一种是动态法。

静态法是将待测试样的一端恒定于温度T₀，将试样的另一端恒定于温度T₀+10～30℃，从 而在试样两端产生一个恒定的温差ΔT₀(10～30℃)，使用高精度数字电压表测量试样两端的塞贝 克电压ΔU，所述试样的塞贝克系数α为：

α=dUdT≈ΔUΔT0---(2)]]>

动态法是将待测试样的一端恒定于温度T，将试样的另一端持续加热，从而在试样两端产 生一个连续变化的温差ΔT，对应地采集塞贝克电压ΔU和温差ΔT，通过线性拟合得到一条近 似直线的ΔU-ΔT关系，直线的斜率即为塞贝克系数α(见贾磊等.温差发电的热力过程研究及 材料的塞贝克系数测定[J].中国工程科学,2006,7:31-34)。上述两种方法相比较，尽管动态法 费时相对较多，但精度相对较高，装置设计简单易行。

现有的高精度电阻率及塞贝克系数的测量系统，如日本的ZEM系列测量系统、德国的 Linseis系列测量系统等，待测试样要求为横向截面尺寸为(2～5)×(2～5)mm²和纵向尺寸为 5～20mm的长方体小试样，对于较大尺寸的试样，需要切割加工成相应尺寸的小试样后才能进行 测量。而国内生产企业所使用的较大尺寸试样的电阻率和塞贝克系数的测量装置，电阻率测量 大多基于两探针法，塞贝克系数测量大多采用静态法，测量精度较低，测量结果重复性较差， 无法精确测量不同微小区域的电阻率和塞贝克系数，影响了对产品性能的客观评价。

发明内容