[发明专利]一种薄膜材料的赛贝克系数测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种薄膜材料的赛贝克系数测量装置及方法，所述装置包括样品载台、衬底、激光器、电压表、第一热电偶和第二热电偶，待测试的薄膜材料采用薄膜沉积方法制备于所述衬底上，所述衬底放置于所述样品载台上，所述第一热电偶和第二热电偶均与电压表电连接；所述第一热电偶和第二热电偶与所述衬底上的薄膜材料表面形成欧姆接触，且所述第一热电偶与薄膜材料的接触点位于激光器照射时的激光光斑位置，通过所述第一热电偶和第二热电偶测量薄膜材料上两热电偶接触点之间的温度差值；通过电压表测量薄膜材料上两热电偶接触点之间的电势差。本发明采用非接触加热，利于薄膜材料面内产生恒定温差，可有效进行薄膜材料的赛贝克系数测量。

技术领域

本发明涉及薄膜材料物理性能检测领域，具体涉及薄膜材料的赛贝克系数测量装置及方法。

背景技术

热电材料是一种将“热”和“电”直接转换的功能材料，其工作原理是固体在不同温度下具有不同的电子(或空穴)激发特征,当热电材料两端存在温差时，材料两端电子或空穴激发数量的差异将形成电势差(电压)；热电材料主要应用有：温差发电、热电制冷、作为传感器和温度控制器在微电子器件和EMS中的应用。如热电发电器应用于人造卫星上可实现长效远距离，无人维护的热电发电站；热电制冷不需要氟利昂等制冷剂，就可以替代目前用氟利昂制冷的压缩机制冷系统。热电传感器和温度控制器还可以应用于医学、高性能接收器和高性能红外传感器等方面，同时还可以为电子计算机、广通讯及激光打印机等系统提供恒温环境。赛贝克系数(Seebeck Coefficient)是评价热电材料性能的重要指标之一，其表达式为S＝dV/dT，其中，dT为热电材料上两点间的温度差；dV为相应两点间的温差电动势。

传统的热电测量装置主要针对块体材料，具体为对被夹持的块体样品材料一端加热，使块体样品两端产生温差，随后采用两根热电偶测量块体侧面不同位置的表面温度及电势，从而计算该材料的赛贝克系数。对于薄膜样品材料，样品通常为片状结构，普通夹具难以有效夹持。此外对薄膜样品由于很薄，面内方向热流传递截面积较小，传热效率不高，向样品的一端加热，难以与另一端产生恒定温差。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种针对薄膜材料的赛贝克系数测量装置及方法，具有样品易于安装的特点，同时采用非接触加热，利于薄膜材料面内产生恒定温差，可有效进行薄膜材料的赛贝克系数测量，本发明的技术方案如下：

作为本发明的第一方面，所述装置包括样品载台、激光器、电压表、第一热电偶和第二热电偶，所述样品载台上放置有待测试的薄膜材料，所述第一热电偶和第二热电偶均与电压表电连接；

所述激光器，用于产生激光束照射在薄膜材料上；

所述第一热电偶和第二热电偶，用于在测量时与薄膜材料表面形成欧姆接触，所述第一热电偶与薄膜材料的接触点和所述第二热电偶与薄膜材料的接触点之间间隔有一定距离，且所述第一热电偶与薄膜材料的接触点位于激光器照射时的激光光斑位置，通过所述第一热电偶和第二热电偶测量薄膜材料上两热电偶接触点之间的温度差值；

所述电压表，用于测量薄膜材料上两热电偶接触点之间的电势差。

进一步地，还包括衬底和静电吸附装置，待测试的薄膜材料采用薄膜沉积方法制备于所述衬底上，所述衬底放置于所述样品载台上，所述静电吸附装置位于所述样品载台内且与所述衬底的底面相接触，用于对所述衬底形成静电吸附。

进一步地，所述静电吸附装置包括多个圆柱电极，所述样品载台与衬底的接触面开通多个圆孔，所述圆柱电极的圆柱面穿过所述圆孔与所述衬底的底面相接触，对所述衬底形成静电吸附。

进一步地，还包括温控装置和加热丝，所述加热丝位于所述样品载台内，所述样品载台与衬底的接触面开设有供加热丝穿过的环形孔，所述加热丝穿过所述环形孔与所述衬底的底面相接触，所述温控装置与所述加热丝电连接，用于控制加热丝的加热功率。