[实用新型]半导体薄膜材料低温下的电导率及塞贝克系数测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及新能源的开发利用，特别是，本实用新型涉及一种半导体热电薄膜材料在低温下的电导率及塞贝克系数测试装置，所述半导体热电薄膜材料在低温下的电导率及塞贝克(Seebeck)系数测试装置涉及工程热物理学科的一个分支——温差发电模块的研制，尤其是涉及面向低温使用的利用LNG冷能的温差发电半导体热电薄膜材料的低温下电导率及Seebeck系数的测试系统。

背景技术

LNG(液化天然气)是天然气通过低温工艺冷冻液化而成的低温(-162℃)液体混合物，为一种清洁高效的能源。目前，LNG冷能发电主要是利用LNG的低温冷能使发电装置中循环工质液化，而后，工质经加热气化，再在气轮机中膨胀作功，以带动发电机发电。

对温差发电，国内外本领域的工作主要集中在热电转换材料的研究上。然而，面向低温利用的热电材料研究在国内尚处于起步阶段。

在半导体温差发电材料性能指标中，涉及优值系数Z＝α²σ/κ。

在所述优值系数Z＝α²σ/κ的定义式中，α为联合塞贝克(Seebeck)系数，σ为电导率，κ为导热系数。材料的热电性能可以用Z或ZT来衡量，我们称α²σ为材料的功率因子，而ZT值是一个无量纲的参数，其中T为材料工作温度的平均值。

由上述优值系数Z的表达式可以看出，即增大热电材料的塞贝克(Seebeck)系数α和降低其导热系数κ，是增大ZT值、提高半导体温差发电效率的关键。但在事实上，由于决定Z值的3个因子是相互关联的参数，都是载流子浓度的函数，不可能同时使它们得到优化，这是目前热电材料性能不高的主要原因。

由上可见，电导率σ和塞贝克(Seebeck)系数α的精确测量，对深入研究半导体材料的热电性能及开发新型半导体热电材料和器件具有非常重要的应用价值和理论意义。

目前已开发出很多用于测试薄膜电阻率和塞贝克系数的测试装置，但这些装置都是针对常温及中高温测量的装置。

例如，专利号为“200710072785.3”、发明名称为“半导体材料热电性能测试系统”、实用新型人为哈尔滨工业大学的陈刚、裴健、周楠等人的实用新型专利公开了一种用于测试半导体材料热电性能的装置。该装置主要是针对块体材料在室温～800℃温度范围内的、就电导率σ和塞贝克(Seebeck)系数α对温度的依赖性所作的测试装置。专利号为“200720067899.4”、发明名称为“一种半导体热电性能测试仪”、实用新型人为同济大学的蔡克峰、张爱霞、严冲等人的实用新型专利公开了一种半导体热电测试仪。该测试仪可以测试室温～600℃半导体块体材料的电导率、Seebeck系数及ZT值。专利号为“200720084694.7”、发明名称为“一种测量半导体热电薄膜材料赛贝克系数和电阻率的装置”、实用新型人为华中科技大学的杨君友、肖承京、朱文等人的专利实用新型专利公开了一种测量半导体热电薄膜材料室温下Seebeck系数和电阻率的装置。但是，该装置不涉及低温环境中半导体热电薄膜材料的热电性能参数的测量。

从而，迄今为止，对于半导体热电薄膜材料在低温环境下电导率及Seebeck系数的测量系统国内外尚无涉及。

实用新型内容

为克服上述问题，本实用新型的目的是：提供一种半导体热电薄膜材料在低温下的电导率及塞贝克系数的测试装置，该方法装置可精确测量低温下热电薄膜材料的电导率和Seebeck系数。

本实用新型通过如下技术方案实现：

一种半导体薄膜材料低温下的电导率及塞贝克系数测试装置，整个测试装置包括连接的温度控制单元、低温测试单元和数据采集单元，其特征在于，所述温度控制单元包括：液氮杜瓦罐、置于液氮杜瓦罐中的低温真空容器、连接于液氮杜瓦罐的温控仪、薄膜电加热片及恒流源；

所述低温测试单元包括连接位于低温真空容器2中的热电薄膜材料试样的冷端测温热电偶及热端测温热电偶，和温度范围80K至室温下适用的电动势测量线，所述热电偶选用温度范围在200～25℃的T型热电偶，即铜-康铜热电偶；

所述数据采集单元包括经由冷端测温热电偶及热端测温热电偶、电动势测量线的数据采集器及其相连接的计算机。

根据本实用新型所述的半导体薄膜材料低温下的电导率及塞贝克系数测试装置，其特征在于，取温差在4～15K之间变化。

根据本实用新型所述的半导体薄膜材料低温下的电导率及塞贝克系数测试装置，其特征在于，所述低温为80K至200K的低温。