[发明专利]热电检测系统与热电检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种热电检测系统与热电检测方法。

背景技术

随着材料与器件的低维化和微型化，纳米尺度上的电、热输运问题日益突出，对纳米材料与器件的性能产生很大的影响，对其研究也已成为材料科学、凝聚态物理以及微纳器件等交叉领域的前沿热点。半导体材料中的载流子在外电场以及温度梯度的驱动下会发生定向移动，引起电、热传导之间的相互耦合，而这一迁移也会受到材料中的杂质、缺陷、界面以及晶格振动的散射。这些因素互相竞争，使材料最终达到稳态的非平衡状态。在纳米复合材料中，这一效应最为明显。

由于引入纳米颗粒，短波声子被强烈地散射，因此材料总的热导率可以通过调节纳米粒子的特征尺寸来实现。例如，在SiGe合金中引入Si纳米颗粒，可使其热导率大幅度降低。而对于低维纳米材料与结构，由于声子处于受限状态，其输运机制也相当复杂，与纳米结构的形状、尺寸、表面以及边界密切有关。当前，在理论上，对于近平衡态的稳态输运现象，可以采用线性不可逆过程热力学加以分析，并通过求解玻尔兹曼方程得到输运系数。然而，为了深入研究低维材料与纳米结构的电、热微观输运机理，我们必须从实验上，特别是在纳米尺度，对其输运系数进行测量，从而准确把握材料杂质、缺陷以及界面对输运性质的影响，并与理论计算进行比较。目前，还没有可靠的实验手段来实现这一目标。针对这一问题，本发明希望发展一种基于扫描探针的材料纳米尺度热电检测系统，实现对电、热输运过程的有效调控，从而加深和促进人们对电、热输运微观机理的理解，具有很重要的意义。

发明内容

基于目前低维热电物理性能表征困难、仪器需求迫切的前提，本发明提出了一种热电检测系统及热电检测方法，用于材料纳米尺度热电性能检测。

一种热电检测系统，用于检测材料纳米尺度的热电性能，所述热电检测系统包括扫描探针、样品台、检测电路和控制器，所述样品台用于承载样品，所述扫描探针用于在探针激励模式接触样品以对样品进行加热以及进一步在所述探针激励模式对样品的进行检测，所述检测电路用于电连接所述扫描探针以侦测所述扫描探针在所述探针激励模式下的电信号变化以输出第一检测信号，所述控制器用于接收所述检测电路输出的第一检测信号并基于所述第一检测信号分析所述样品的热电性能，所述热电检测系统还包括加热器件，所述加热器件用于在非探针激励模式下对样品进行加热，以使所述扫描探针进一步在所述非探针激励模式对样品的进行检测，进而所述检测电路侦测所述扫描探针在所述非探针激励模式下的电信号变化并输出所述检测信号，所述控制器用于接收所述检测电路输出的检测信号并基于所述检测信号分析样品的热电性能。

在一种实施方式中，所述加热器件包括基体及嵌入所述基体内的加热丝。

在一种实施方式中，所述加热丝的耐受温度大于等于1000摄氏度。

在一种实施方式中，所述基体的材料为氮化硼陶瓷，所述加热丝的材料包括金属镍、金属铬或者金属镍与金属铬的合金。

在一种实施方式中，所述热电检测系统还包括第一热电偶与第二热电偶，所述第一热电偶设置于所述基体的上部且靠近所述样品的一端，所述第二热电偶设置于所述扫描探针上用于经由所述扫描探针接触所述样品，所述第一热电偶与所述第二热电偶共同监测所述样品的温度。

在一种实施方式中，所述加热器件设置于所述样品台上，所述非探针激励模式为样品台激励模式。

在一种实施方式中，所述样品台还包括水冷基座，所述加热器件设置于所述水冷基座上，所述水冷基座用于保持所述样品台的外围温度在预定的温度范围内。

在一种实施方式中，所述水冷基座的材料包括铝合金。

在一种实施方式中，所述样品台还包括热辐射罩，所述热辐射罩用于遮盖所述样品台的至少部分，以保持所述样品台的外围温度在预定的温度范围内及减少热量扩散。