[發(fā)明專利]熱電檢測(cè)系統(tǒng)與熱電檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710034720.3
• 申請(qǐng)日: 2017-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN106771372A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐云;謝淑紅;鄒代峰;趙晉津;付比
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01Q60/00
• 分類號(hào): G01Q60/00
• 代理公司: 深圳國(guó)新南方知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司44374
• 代理人: 黃建才,李明香

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熱電檢測(cè)系統(tǒng)與熱電檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

隨著材料與器件的低維化和微型化，納米尺度上的電、熱輸運(yùn)問(wèn)題日益突出，對(duì)納米材料與器件的性能產(chǎn)生很大的影響，對(duì)其研究也已成為材料科學(xué)、凝聚態(tài)物理以及微納器件等交叉領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)。半導(dǎo)體材料中的載流子在外電場(chǎng)以及溫度梯度的驅(qū)動(dòng)下會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)，引起電、熱傳導(dǎo)之間的相互耦合，而這一遷移也會(huì)受到材料中的雜質(zhì)、缺陷、界面以及晶格振動(dòng)的散射。這些因素互相競(jìng)爭(zhēng)，使材料最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)的非平衡狀態(tài)。在納米復(fù)合材料中，這一效應(yīng)最為明顯。

由于引入納米顆粒，短波聲子被強(qiáng)烈地散射，因此材料總的熱導(dǎo)率可以通過(guò)調(diào)節(jié)納米粒子的特征尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，在SiGe合金中引入Si納米顆粒，可使其熱導(dǎo)率大幅度降低。而對(duì)于低維納米材料與結(jié)構(gòu)，由于聲子處于受限狀態(tài)，其輸運(yùn)機(jī)制也相當(dāng)復(fù)雜，與納米結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸、表面以及邊界密切有關(guān)。當(dāng)前，在理論上，對(duì)于近平衡態(tài)的穩(wěn)態(tài)輸運(yùn)現(xiàn)象，可以采用線性不可逆過(guò)程熱力學(xué)加以分析，并通過(guò)求解玻爾茲曼方程得到輸運(yùn)系數(shù)。然而，為了深入研究低維材料與納米結(jié)構(gòu)的電、熱微觀輸運(yùn)機(jī)理，我們必須從實(shí)驗(yàn)上，特別是在納米尺度，對(duì)其輸運(yùn)系數(shù)進(jìn)行測(cè)量，從而準(zhǔn)確把握材料雜質(zhì)、缺陷以及界面對(duì)輸運(yùn)性質(zhì)的影響，并與理論計(jì)算進(jìn)行比較。目前，還沒(méi)有可靠的實(shí)驗(yàn)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。針對(duì)這一問(wèn)題，本發(fā)明希望發(fā)展一種基于掃描探針的材料納米尺度熱電檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電、熱輸運(yùn)過(guò)程的有效調(diào)控，從而加深和促進(jìn)人們對(duì)電、熱輸運(yùn)微觀機(jī)理的理解，具有很重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

基于目前低維熱電物理性能表征困難、儀器需求迫切的前提，本發(fā)明提出了一種熱電檢測(cè)系統(tǒng)及熱電檢測(cè)方法，用于材料納米尺度熱電性能檢測(cè)。

一種熱電檢測(cè)系統(tǒng)，用于檢測(cè)材料納米尺度的熱電性能，所述熱電檢測(cè)系統(tǒng)包括掃描探針、樣品臺(tái)、檢測(cè)電路和控制器，所述樣品臺(tái)用于承載樣品，所述掃描探針用于在探針激勵(lì)模式接觸樣品以對(duì)樣品進(jìn)行加熱以及進(jìn)一步在所述探針激勵(lì)模式對(duì)樣品的進(jìn)行檢測(cè)，所述檢測(cè)電路用于電連接所述掃描探針以偵測(cè)所述掃描探針在所述探針激勵(lì)模式下的電信號(hào)變化以輸出第一檢測(cè)信號(hào)，所述控制器用于接收所述檢測(cè)電路輸出的第一檢測(cè)信號(hào)并基于所述第一檢測(cè)信號(hào)分析所述樣品的熱電性能，所述熱電檢測(cè)系統(tǒng)還包括加熱器件，所述加熱器件用于在非探針激勵(lì)模式下對(duì)樣品進(jìn)行加熱，以使所述掃描探針進(jìn)一步在所述非探針激勵(lì)模式對(duì)樣品的進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而所述檢測(cè)電路偵測(cè)所述掃描探針在所述非探針激勵(lì)模式下的電信號(hào)變化并輸出所述檢測(cè)信號(hào)，所述控制器用于接收所述檢測(cè)電路輸出的檢測(cè)信號(hào)并基于所述檢測(cè)信號(hào)分析樣品的熱電性能。

在一種實(shí)施方式中，所述加熱器件包括基體及嵌入所述基體內(nèi)的加熱絲。

在一種實(shí)施方式中，所述加熱絲的耐受溫度大于等于1000攝氏度。

在一種實(shí)施方式中，所述基體的材料為氮化硼陶瓷，所述加熱絲的材料包括金屬鎳、金屬鉻或者金屬鎳與金屬鉻的合金。

在一種實(shí)施方式中，所述熱電檢測(cè)系統(tǒng)還包括第一熱電偶與第二熱電偶，所述第一熱電偶設(shè)置于所述基體的上部且靠近所述樣品的一端，所述第二熱電偶設(shè)置于所述掃描探針上用于經(jīng)由所述掃描探針接觸所述樣品，所述第一熱電偶與所述第二熱電偶共同監(jiān)測(cè)所述樣品的溫度。

在一種實(shí)施方式中，所述加熱器件設(shè)置于所述樣品臺(tái)上，所述非探針激勵(lì)模式為樣品臺(tái)激勵(lì)模式。

在一種實(shí)施方式中，所述樣品臺(tái)還包括水冷基座，所述加熱器件設(shè)置于所述水冷基座上，所述水冷基座用于保持所述樣品臺(tái)的外圍溫度在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)。

在一種實(shí)施方式中，所述水冷基座的材料包括鋁合金。

在一種實(shí)施方式中，所述樣品臺(tái)還包括熱輻射罩，所述熱輻射罩用于遮蓋所述樣品臺(tái)的至少部分，以保持所述樣品臺(tái)的外圍溫度在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)及減少熱量擴(kuò)散。