专利名称：一种Seebeck系数测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体测试装置，特别是关于一种能在大气中、真空腔中或密闭气氛中进行测试的Seebeck系数测试装置。
背景技术：
Seebeck系数是表征材料热电性能的重要参数，快速、准确测量Seebeck系数对材料热电性能确切的评估极具意义。目前采用静态法测量Seebeck系数的技术已经相当成熟，而且相应商用的Seebeck测量系统，像美国MMR公司的SB100和日本ULVAC公司的ZEM等早已问世。不可否认，静态法理论上能有效的消除由热电偶材质的不均匀性和非平衡接 触引起的漂移电压，但是因为其自身的技术特点而具有相当大的局限性。首先，静态法需要严格的控制环境温度和试样上两测试点间的温差；而且同一个环境温度下需要变换多个温差，才能有效消除漂移电压，控温过程繁琐。其次，繁琐费时的控温过程决定了测试温度点的选取极其有限。有限的测温点将不能准确的观测到试样的Seebeck系数在温度范围内的变化趋势，在温度范围内存在试样的Seebeck系数峰值的情况下尤其如此。相比而言，在这一方面准静态法测量Seebeck系数的优势就要突出多了。准静态方法是给试样施加连续增加的热流，测试过程中试样的温度一直上升，且由于施与试样两端热流不相等，两测试点间同时存在一个温差。准静态的测试方法可以快速测量某一温度范围内试样的Seebeck系数，同时获得大量的数据点，准确的反映Seebeck系数的变化趋势和峰值。而且只要配置得当，准静态方法的测试精度可以与静态法相比拟甚至超越。但是对于准静态方法，要获得高的测试精度，必须做到以下几点1)电压和温度信号必须在同一位置、同时测量。2)测温和测电压探头必须和试样表面有很好的热接触和电接触。3)热电偶的反应时间必须足够短，以能够准确的测量动态变化中的温度。4)高精度的温度和电压信号的采集。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种Seebeck系数测试装置，其结构简单、测试准确、高效，并能有效克服静态测试Seebeck系数设备低效率、数据不完整性等缺陷。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种Seebeck系数测试装置，其特征在于它包括温差实现系统和信号采集系统，所述温差实现系统包括一陶瓷底座、两加热管、一可控硅调压器和两集热铜块；所述信号采集系统包括两热电偶、铜导线、一万用表和一计算机；所述陶瓷底座采用由一体成型的长边端和短边端构成的L型结构，所述长边端内横向间隔埋设有所述两加热管，所述两加热管分别与所述可控硅调压器连接；在所述陶瓷底座的短边端上，设置有与所述长边端垂直的所述两集热铜块，且所述两集热铜块与所述两加热管呈对应设置；在所述两集热铜块之间设置有所述两热电偶，且所述两热电偶一端分别与两路所述铜导线一端焊接成一个结点，该结点与所述陶瓷底座的长边端上表面之间夹设有试样，所述两热电偶另一端穿设在所述陶瓷底座的短边端内，并连接所述万用表的温度采集通道；两路所述铜导线另一端穿过所述陶瓷底座的短边端，依次连接所述万用表的电压采集通道和计算机，通过所述万用表将采集到的试样温度和电压信号通过GPIB接口输入至所述计算机内实时显示并记录。所述两热电偶均采用直径为O. 255mm的K型热电偶。所述万用表采用具有六位半精度的34970A万用表。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于采用陶瓷底座、加热管、可控硅调压器、集热铜块、热电偶、铜导线、万用表和计算机构成的测试装置，克服了现有的测试存在的问题，适用于室温至250° C温度范围内的测试；并大大简化了现有Seebeck系数测试设备的结构，操作极其方便，测试准确、快速，成本低廉。2、本发明将热电偶与铜导线的一端焊接在一起，这样可以有效保证了温度信号与Seebeck电压信号在同一时间、同一位置的获取。3、本发明通过可控硅调压器控制加热管的加热电压，能有效为试样提供持续的温升和适当的温差。4、本发明由于采用两个直径为O. 255mm的K型热电偶，该 热电偶具有极快的反应速度，能够准确的测量动态变化中的温度。5、本发明采用具有六位半精度的34970A万用表，具有24个通道，能够同时对温度和电压信号进行采集。因此，本发明可以在半导体测试领域中广泛应用。
图I是本发明的整体结构示意图；图2是本发明的陶瓷底座立体结构示意图；图3是本发明对LaCoa99CuatllO3样品进行三次重复测试结果与商用设备ZEM—2对该样品测试结果的对比图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图I、图2所示，本发明提供一种以准静态方法为指导的Seebeck系数测试装置，其包括温差实现系统和信号采集系统两部分，温差实现系统包括一陶瓷底座I、两加热管2和2’、一可控硅调压器3和两集热铜块4、4’ ；信号采集系统包括两热电偶5和5’、铜导线6、一万用表7和一计算机8。陶瓷底座I采用由一体成型的长边端9和短边端10构成的L型结构，在L型陶瓷底座I的长边端9内横向间隔埋设有两加热管2和2’，两加热管2和2’分别与可控硅调压器3连接，由可控硅调压器3分别调节两加热管2和2’的加热电压，使它们的加热电压存在一个差值，这样可以保证在试样11持续升温的同时，其两端之间同时存在一个合适的温差。在陶瓷底座I的短边端10上，设置有与长边端9垂直的两集热铜块4、4’，且两集热铜块4、4’与两加热管2和2’呈对应设置，有助于试样11两端温差的形成。在两集热铜块
4、4’之间设置有两热电偶5和5’，且两热电偶5和5’ 一端分别与两路铜导线6 —端焊接成一个结点，该结点与陶瓷底座I的长边端9上表面之间夹设有试样11，两热电偶5和5’另一端穿设在陶瓷底座I的短边端10内，并连接万用表7的温度采集通道。两路铜导线6另一端穿过陶瓷底座I的短边端10，依次连接万用表7的电压采集通道和计算机8，通过万用表7将采集到的试样11温度和电压信号通过GPIB接口输入至计算机8内实时显示并记录，进而获得Seebeck系数。
上述实施例中，两热电偶5和5’均采用直径为O. 255mm的K型热电偶，其具有极高的反应速度，能够迅速准确的对温度进行实时测量。上述各实施例中，万用表7采用具有六位半精度的34970A万用表。综上所述，基于本发明的Seebeck系数测试装置，为保证准静态测试方法的可行性和准确性，其测试方法如下(I)准备阶段将两加热管2、2’加热电压置零，并安放好试样11，使两热电偶5、5’与铜导线6的两个结点均与试样11表面贴合，再将两热电偶5、5’分别接入万用表7上的1、3通道，将铜线6接入万用表7上的2通道；开启计算机8并打开数据采集软件，设定万用表7的1、3通道为温度采集通道，将万用表7的2通道设定为电压采集通道，设定数据采集速率为IOs/个，开始采集数据。在当前试样11两端不存在温差的状态下，若热电偶5(或5’)与铜导线6的焊点与试样11表面接触良好，温度采集通道采集的温度值相差应小于0.01° C，电压采集通道采集的电压值应该在±5 μ V范围内波动。反之则说明接触有问 题，需将试样11取下再重新安放，直到测得的温度与电压值满足要求为止。(2)调试阶段对于不同成分体系或几何外形的试样U，需要确定两加热管2、2’的加热电压组合以获得合适的温升速率和温差。调节可控硅调压器3，使其中一个加热管2的加热电压高于另一个加热管2’的加热电压，记录下万用表7温度采集通道的温度数据。合适的加热电压应保证试样11的升温速率在O. 2 O. 3° C/s以下，试样11两端温度差在5 20° C之间，同时最高加热温度能达到250° C度以上。通过记录下的数据就可以判断两加热管2、2’的加热电压组合是否符合要求。若不符合要求，可根据记录的温度数据由可控硅调压器3相应的调整两加热管2、2’的加热电压，最终获得合适的加热电压组合。(3)测试阶段调节两加热管2、2’至合适的加热电压组合值，开始采集数据，并观察当万用表7温度采集通道温度平均值超过250° C时，停止数据采集，并立即将两加热管
2、2’电压调为零，导出测试数据。(4)结果处理将测试导出的数据导入origin中进行处理，得到最终的测试结果。实施例一利用本发明的Seebeck系数测试装置对采用溶胶凝胶法制备的LaCoa99CuatllO3样品(外形尺寸为10. 5X3X2mm)进行了三次Seebeck系数的测试，其结果如图3所示。由此可见本发明的测试结果很好的反映了试样IlSeebeck系数的变化趋势，重复性好，且与目前商用设备ZEM-2测量的结果非常吻合。上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的连接和结构都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件的连接和结构进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种Seebeck系数测试装置，其特征在于它包括温差实现系统和信号采集系统，所述温差实现系统包括一陶瓷底座、两加热管、一可控硅调压器和两集热铜块；所述信号采集系统包括两热电偶、铜导线、一万用表和一计算机； 所述陶瓷底座采用由一体成型的长边端和短边端构成的L型结构，所述长边端内横向间隔埋设有所述两加热管，所述两加热管分别与所述可控硅调压器连接；在所述陶瓷底座的短边端上，设置有与所述长边端垂直的所述两集热铜块，且所述两集热铜块与所述两加热管呈对应设置；在所述两集热铜块之间设置有所述两热电偶，且所述两热电偶一端分别与两路所述铜导线一端焊接成一个结点，该结点与所述陶瓷底座的长边端上表面之间夹设有试样，所述两热电偶另一端穿设在所述陶瓷底座的短边端内，并连接所述万用表的温度采集通道；两路所述铜导线另一端穿过所述陶瓷底座的短边端，依次连接所述万用表的电压采集通道和计算机，通过所述万用表将采集到的试样温度和电压信号通过GPIB接口输入至所述计算机内实时显示并记录。
2.如权利要求I所述的一种Seebeck系数测试装置，其特征在于所述两热电偶均采用直径为O. 255mm的K型热电偶。
3.如权利要求I或2所述的一种Seebeck系数测试装置，其特征在于所述万用表采用具有六位半精度的34970A万用表。
全文摘要
本发明涉及一种Seebeck系数测试装置，它包括陶瓷底座，陶瓷底座采用由一体成型的长边端和短边端构成的L型结构，长边端内横向间隔埋设有两加热管，两加热管分别与可控硅调压器连接；在陶瓷底座的短边端上，设置有与长边端垂直的两集热铜块，且两集热铜块与两加热管呈对应设置；在两集热铜块之间设置有两热电偶，且两热电偶一端分别与两路铜导线一端焊接成一个结点，该结点与陶瓷底座的长边端上表面之间夹设有试样，两热电偶另一端穿设在陶瓷底座的短边端内，并连接万用表的温度采集通道；两路铜导线另一端穿过陶瓷底座的短边端，依次连接万用表的电压采集通道和计算机，通过万用表将采集到的试样温度和电压信号通过GPIB接口输入至计算机内实时显示并记录。本发明能在半导体测试领域中广泛应用。
文档编号G01N25/20GK102967624SQ20121047364
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者李亮亮, 周阳 申请人:清华大学
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