一种测量Seebeck系数的装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于测试装置技术领域，更具体地，设及一种测量Seebeck系数的装置及其 方法。
【背景技术】
[0002] 近来热电材料运一新兴的能源转换材料越来越多的受到人们的关注，它是一种通 过半导体材料内部载流子输运来实现热能与电能相互转换的功能材料。热电材料独有的工 作时无噪音、无需传动部件，清洁、环保，使用寿命长等一系列的优势，使得运种材料具有广 泛而光明的应用前景。运就使得针对热电材料相关性能的测试显得尤为重要，其中Seebeck 系数是热电材料的重要性能参数之一。Seebeck系数，又可称为塞贝克系数，作为一种材料 固有的一个性能参数，根据定义，材料的Seebeck系数可表示为：
[0003]
[0004] 其中：S为材料的Seebeck系数，Δ T是材料测试两端的标准溫差，Vsr表示在溫差Δ T 下产生的Seebeck电压。
[0005] Seebeck系数的大小直接与衡量热电材料热电性能的系数即热电优值相关，精确 测量材料的Seebeck系数，对于热电材料性能的评定和研究具有重要的实际意义。然而，对 于半导体材料Seebeck系数的测试，国际、国内目前都没有相关标准。虽然从物理概念上看 Seebeck系数的定义较为简单，但在实际测量过程中，如何建立样品两端溫差、同时测量样 品同一位置的溫度和电压、测量过程中各种因素附带的干扰电压、数据处理方式等方面均 存在各种实际的问题[L.Adnane,N. Williams, H. Silva, and A.Gokirmak.Rev. Sci . Instrum. 86,105119(2015).]。在已经开发出来的检测设备中，绝大 多数都是针对半导体块体样品的测量，而且很多都是用到的是二探针法(例如，针对块体样 品的Seebeck系数和电阻率一体化的集成测试），运些装置对于某些材料不便于加工成块体 形状的半导体材料，或者对样品放置方式有要求的半导体，则不能很好的完成测量。对片体 样品的测试W及运用类似四探针测试电阻技术测试Seebeck系数的装置并不多见，与之相 对应的Seebeck系数测试的流程标准和数据处理方法也存在空缺。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种测量Seebeck 系数的装置及其方法，其中通过对该装置关键的测量原理、各个组件的结构及其设置方式 等进行改进，与现有技术相比能够有效解决测量样品形状要求高的问题，进行测量的样品 其形貌可灵活多样，并且该装置可W测试在不同溫度条件下的材料Seebeck系数，装置结构 简单，由于是采用基于四个探针求得多组Seebeck系数再求平均的测试方法，测量得到的 Seebeck系数测量准确性高。
[0007] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种测量Seebeck系数的装置， 其特征在于，包括主加热器（1)、副加热器巧）、第一绝缘导热体(3)、第二绝缘导热体(4)、第 一主探针（11)、第一副探针（12)、第二主探针（13)、第二副探针（14)、第一主热电偶(7)、第 一副热电偶(8)、第二主热电偶(9)和第二副热电偶（10);其中，
[000引所述第一绝缘导热体(3)和所述第二绝缘导热体(4)均位于所述主加热器（1)上， 呈前后位置关系放置，并且所述第一绝缘导热体(3)和所述第二绝缘导热体(4)两者不直接 接触;所述第一绝缘导热体(3)和所述第二绝缘导热体(4)均用于放置待测量样品；该待测 量样品的一端与所述第一绝缘导热体(3)接触，另一端与所述第二绝缘导热体(4)接触；
[0009] 所述副加热器(5)位于所述第一绝缘导热体(3)-侧，用于对所述第一绝缘导热体 (3)加热;所述主加热器（1)用于同时对所述第一绝缘导热体(3)和所述第二绝缘导热体(4) 加热；
[0010] 所述第一主探针（11)和所述第一副探针（12)分别用于测量所述待测量样品与所 述第一绝缘导热体(3)相接触部分左右两端的电位，所述第二主探针（13)和所述第二副探 针（14)分别用于测量所述待测量样品与所述第二绝缘导热体(4)相接触部分左右两端的电 位；
[0011] 所述第一主热电偶(7)和所述第一副热电偶(8)分别位于所述第一绝缘导热体(3) 下方的左部和右部，分别用于测量所述待测量样品与所述第一绝缘导热体(3)相接触部分 左右两端的溫度;所述第二主热电偶(9)和所述第二副热电偶（10)分别位于所述第二绝缘 导热体(4)下方的左部和右部，分别用于测量所述待测量样品与所述第二绝缘导热体(4)相 接触部分左右两端的溫度。
[0012] 作为本发明的进一步优选，所述待测量样品为块状样品或片状样品。
[0013] 作为本发明的进一步优选，所述第一主探针（11)、所述第一副探针（12)、所述第二 主探针(13)、所述第二副探针(14)和所述待测量样品均位于真空环境或保护气体环境下。
[0014] 作为本发明的进一步优选，所述第一主热电偶(7)、所述第一副热电偶(8)、所述第 二主热电偶(9)和所述第二副热电偶（10)的位置均可W左右调节。
[0015] 按照本发明的另一方面，提供了利用上述测量Seebeck系数的装置的Seebeck系数 的测量方法，其特征在于，包括W下步骤：
[0016] (1)待测量样品的安装：
[0017] 将待测量样品放置在第一绝缘导热体和第二绝缘导热体上，使该待测量样品的一 端与所述第一绝缘导热体接触，另一端与所述第二绝缘导热体接触;通过主加热器和副加 热器对所述待测量样品进行加热；
[001引（2)测量溫度及电位:利用第一主探针、第一副探针、第二主探针、第二副探针、第 一主热电偶、第一副热电偶、第二主热电偶和第二副热电偶分别测量所述待测量样品的溫 度与电位，其中，
[0019] 所述第一主探针和所述第一副探针分别用于测量所述待测量样品与所述第一绝 缘导热体相接触部分左右两端的电位；
[0020] 所述第二主探针和所述第二副探针分别用于测量所述待测量样品与所述第二绝 缘导热体相接触部分左右两端的电位；
[0021] 所述第一主热电偶和所述第一副热电偶分别位于所述第一绝缘导热体下方的左 部和右部，分别用于测量所述待测量样品与所述第一绝缘导热体相接触部分左右两端的溫 度；
[0022] 所述第二主热电偶和所述第二副热电偶分别位于所述第二绝缘导热体下方的左 部和右部，分别用于测量所述待测量样品与所述第二绝缘导热体相接触部分左右两端的溫 度；
[0023] (3)计算 Seebeck 系数：
[0024] 记所述第一主热电偶测量得到的溫度与所述第二副热电偶测量得到的溫度两者 的差值为A Ti，所述第一副热电偶测量得到的溫度与所述第二主热电偶测量得到的溫度两 者的差值为A T2,所述第一副热电偶测量得到的溫度与所述第二副热电偶测量得到的溫度 两者的差值为A T3,所述第一主热电偶测量得到的溫度与所述第二主热电偶测量得到的溫 度两者的差值为ΔΤ4;
[0025] 所述第一主探针测量得到的电位与所述第二副探针测量得到的电位两者的差值 为VI，所述第一副探针测量得到的电位与所述第二主探针测量得到的电位两者的差值为V2， 所述第一副探针测量得到的电位与所述第二副探针测量得到的电位两者的差值为V3,所述 第一主探针测量得到的电位与所述第二主探针测量得到的电位两者的差值为V4;
[0026] 根据Δ Τι、A T2、Δ T3、Δ 了4、心￥2、￥沸￥4计算该待测量样品的86666〇4系数。
[0027] 作为本发明的进一步优选，所述ΔΤι、ΔΤ2、ΔΤ3、ΔT4、Vl、V2、V3和V4为多组，所述多 组A Τι与所述多组Vi-一对应，所述多组Δ T2与所述多组V2-一对应，所述多组Δ T3与所述 多组V3--对应，所述多组Δ T4与所述多组V4--对应；
[0028] 所述样品的Seebeck系数S满足：
[0029]
[0030] 其中，Si为所述多组Δ Τι与所述多组Vi线性拟合后的斜率;S2为所述多组Δ T2与所 述多组V2线性拟合后的斜率;S3为所述多组ΔΤ3与所述多组V3线性拟合后的斜率;S4为所述 多组Δ T4与所述多组V4线性拟合后的斜率。
[0031] 通过本发明所构思的W上技术方案，能够取得W下有益效果：
[0032] 1.通过对测试装置结构上进行改进，能够测试片状样品的Seebeck系数。本发明通 过设置第一主/副探针和第二主/副探针，将待测量样品（如半导体材料样品)放置在第一绝