[发明专利]一种热电优值因子行为显微成像的扫描热电显微术装置

说明书

本申请公开了一种热电优值因子行为显微成像的扫描热电显微术装置，用于实现一被测热电材料样品的亚表面热电优值因子行为的高分辨显微成像，包括：亚表面热电信号原位激发模块，用于原位激发被测热电材料样品的亚表面热电塞贝克电流信号；热电信号原位检测模块，用于对被测热电材料样品的亚表面热电塞贝克电流信号进行原位实时检测；热电信号显微成像模块，用于对亚表面热电优值因子信号的高分辨显微成像并显示。本申请的具有亚表面热电信号原位激发、原位同步表征的独特功能，且具有高分辨率、高灵敏度、高信噪比、测试直接等优点。本申请的关键技术装置结构简单、兼容性强，适与不同商用扫描电子显微镜系统相结合，是一项易于推广和应用的新技术。

技术领域

本申请涉及信号检测仪器领域，尤其是一种热电优值因子行为显微成像的扫描热电显微术装置。

背景技术

基于热能与电能相互转换效应的热电材料作为当前一种重要的能源材料，在工业余废热和汽车尾气废热的回收利用、高精度温控器件、空间技术、军事装备、信息技术等众多重要高新技术领域中具有十分广阔的应用前景，因而引起了世界各国的极大关注，如美国开发半导体热电材料实现核反应热能转变为电能的高效太空电源，为其重返月球及未来载人火星探测计划提供高效可靠的能源保证。

热电优值因子(又称为ZT因子)是表示热电材料性能高低和热电转换效率高低的唯一指标。热电优值因子的定义为：

ZT＝S²σT/κ (1)

其中，

S――热电材料的塞贝克系数

σ――电导率

T――绝对温度

κ――热导率

热电优值因子的确定通常是分别测出电导率、塞贝克系数和热导率等参数，然后根据ZT因子的定义便可确定被测材料的热电优值因子。迄今为止，尚无能够实现热电优值因子空间分布的高分辨显微成像技术，由此，难以直观理解和揭示微区热电输运的动态规律。为了开发高热电转换效率的热电材料，迫切需要发展新的表征技术以实现热电微结构与热电输运行为之间构效关系的深入理解，特别是能够实现热电材料和器件热电优值因子行为的高分辨显微成像的表征技术，以推动高性能、高转换效率、新型热电材料和器件的自主创新研发。

发明内容

基于目前热电材料和热电器件亚表面热电输运性能研究之急需，本申请在普通扫描电子显微镜平台上提出了一种亚表面热电优值因子行为高分辨显微成像的新方法，并藉此建立了电子束调制扫描热电显微镜，实现了热电材料和热电器件内部热电行为的原位、无损高分辨显微成像，为有关热电材料和热电器件的物性评价提供了一种高分辨原位表征技术。

本申请公开了一种热电优值因子行为显微成像的扫描热电显微术装置，用于实现一被测热电材料样品的亚表面热电优值因子行为的高分辨显微成像，其特征在于，所述装置进一步包括：亚表面热电信号原位激发模块，用于原位激发所述被测热电材料样品的亚表面热电塞贝克电流信号；

热电信号原位检测模块，用于对所述被测热电材料样品的亚表面热电塞贝克电流信号进行原位实时检测；

热电信号显微成像模块，用于对亚表面热电优值因子信号的高分辨显微成像并显示；

其中，所述热电材料样品的亚表面热电塞贝克电流信号与所述热电优值因子的关系为：

其中，所述I_2ω为非线性2ω的塞贝克电流，Π、ZT、ι、P为热电材料的帕尔帖系数、热电优值因子、非线性束流特征弛豫时间及电子动能转化的热功率密度，所述非线性2ω的塞贝克电流I_2ω的大小反映所述被测材料样品的微区热电优值因子行为的分布不均匀性。