[發明專利]一種高阻值材料的塞貝克系數的測試芯片

有效

• 申請號: 201310197223.7
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN103323486A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 崔大付;蔡浩原;李亞亭;陳興;張璐璐;孫建海;任艷飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及熱電材料的塞貝克系數的測量技術領域，特別涉及一種高阻值熱電材料的塞貝克系數的測試芯片。

背景技術

熱電材料具有尺寸小、質量輕、無機械部分、無噪聲等普通機械制冷或發電手段難以媲美的優點。熱電材料的表征是無量綱優值系數ZT＝S²σ/κ，其中，S為塞貝克系數(Seebeck系數)，σ為電導率，κ為熱導率。它的直觀意義是制冷吸收能量與耗能之比。一種優良的熱電材料應該具有大的塞貝克系數，大的電導率和小的熱導率。

有機導體或者半導體熱電材料是一種非常有前途的熱電材料。某些有機材料具有非常大的塞貝克系數(＞1mV/K)，同時它的熱導率又比較小。然而，目前為止，對于有機熱電材料的塞貝克系數的精確測量仍然是一個非常困難的問題，原因在于有機熱電材料的電阻率往往非常高，達到10¹³Ω/cm，如果將其制作成為薄膜樣品，其電阻將達到10¹⁴Ω/cm。盡管最終要成為實用化的熱電材料，可以通過摻雜等方式將電導率升高，但是能夠精確測量純的有機熱電材料的熱電特性是開展這一材料研究的關鍵。目前尚無商品化的儀器能夠開展這種高電阻率有機熱電材料的特性。

通常在一個長方形玻璃基底上，制備出熱電有機薄膜。一個由液氮冷卻的恒溫臺為玻璃基底提供一個恒定的溫度，在玻璃基底的一端具有一個加熱器，為玻璃基底加熱，從而在玻璃基底的兩端形成溫差。在玻璃基底的兩端鍍有金電極，金電極上引出電壓測量和溫度測量引線，由差分放大電路對Seebeck電壓和溫差進行測量，從而計算出材料的塞貝克系數。

上述系統存在以下問題：1)該系統的Seebeck電壓測量方案沒有對被測樣品進行電壓保護，導致對高阻樣品進行測試時，需要很長的時間(＞60分鐘)才能達到電壓的穩定；2)系統中的加熱器件和溫度傳感器的均采用分立的電纜線進行連接，容易造成線纜之間的互相干擾，影響測量結果。

發明內容

針對以上現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種高阻值材料的塞貝克系數的測試芯片。待測的高電阻值樣品兩端安裝在兩個樣品固定裝置間，實現良好的歐姆接觸。芯片安裝在塞貝克系數測試系統中，由溫控裝置將芯片加熱到設定的測試溫度。溫差加熱電阻按照設定的流程工作，在待測樣品兩端形成一定的溫度梯度，高輸入阻抗電壓信號檢測儀器采集在待測樣品兩端的塞貝克電壓，同時，溫度傳感器測量待測樣品兩端的溫度，根據測量得到的塞貝克電壓信號和溫差數據，可以求出被測材料的塞貝克系數。

本發明所提出的該測試芯片包括：芯片基底101、兩個溫差加熱電阻102、兩個樣品固定裝置104、兩個溫度傳感器109，其中：

所述芯片基底101用于為待測樣品提供測試所需的溫度環境和高度絕緣的環境；

所述兩個溫差加熱電阻102通過焊接的方式對稱的安裝在所述芯片基底101的左右兩端，用于為待測樣品108的兩端提供測試所需的溫度梯度；

待測樣品108放置于所述芯片基底101的中間，在所述待測樣品108的左右兩端，分別安裝有兩個樣品固定裝置104，用于將待測樣品108固定在芯片基底101上，以形成良好的歐姆接觸；

所述樣品固定裝置104通過焊接的方式固定于所述待測樣品108的兩端；

所述兩個樣品固定裝置104的頂端中部設有彼此相向的凸出，該凸出處于所述待測樣品108的上部空間；每個凸出內部垂直設有螺紋孔105，使得螺釘可以從螺紋孔105中旋進，由上而下的將待測樣品108壓緊在所述芯片基底101上，從而形成良好的歐姆和導熱接觸；在所述螺紋孔105外側的樣品固定裝置104主體上，垂直設有溫度傳感器安裝孔103，使得溫度傳感器109能夠插入其中，接近待測樣品108的兩端，用來測試待測樣品108兩端的溫度；

所述溫差加熱電阻、溫度傳感器和待測樣品通過電路連線進行電氣連接；所述電路連線的接口通過焊接方式固定在所述芯片基底101上；

所述芯片基底101的中間部位開設有方形或長方形的槽107，使得所述芯片基底101的上下兩端各形成一細梁；

所述芯片基底101的四周開設有四個定位孔106，以方便的固定所述測試芯片。

以上所述的測試芯片，通過安裝在如專利CN201210213904.3所述的塞貝克系數測試系統中，經溫度控制系統控制待測樣品的測試溫度，并在待測樣品兩端形成溫差ΔT，由信號采集和處理系統采集塞貝克電壓，按照以下公式可以計算出塞貝克系數：

S＝ΔV/ΔT