CN114325109A - 一种圆柱形晶棒的电导率的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电学性能测量领域。一种圆柱形晶棒的电导率的测量方法，包括如下步骤：步骤一，晶棒支架带动晶棒前后运动至检测工位；步骤二，检测工位上的电流探针对晶棒的左右两端进行压紧，接触连接，晶棒左右两端的电流探针分别与数字源表的输出端相连；步骤三，将至少三个从左至右等间距排布的钼丝包绕在晶棒的外围；钼丝的前端安装在夹紧气缸上的接线端子上，钼丝的后端连接有重锤，数字电压表的正负极分别连接相邻的钼丝的接线端子；步骤四，数字源表向晶棒施加脉冲电流，数字电压表同步跟踪获取相应的电压值，进而电阻值和电导率值。本发明提供了一种简便快速的测量晶棒电导率的方法。
Description
技术领域
本发明涉及电学性能测量领域，具体涉及一种圆柱形晶棒的电导率的测量方法。
背景技术
电导率是表征材料电学性能的一个基本物理量，反映了材料的导电能力。热电材料表征材料热电性能的指标为优级值系数Z，其中
(α：材料的seebeck系数，σ：材料的电导率；κ：材料的热导率)；其中电导率是一个非常重要的指标，材料电导率值直接关联器件的设计和制造。
钟广学等编著《半导体致冷器件及其应用》在179页的章节4.2.2电导率的测量方法中叙述了二探针法，为保证接触良好，对样品二端面的平面度和光洁度要求较高，而且一次只能获得一个数值，特别是面对规模化生产过程中，难于快速获得热电材料电导率数据及沿轴向分布的数据,
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种圆柱形晶棒的电导率的测量方法，已解决上述至少一个技术问题。
本发明的技术方案是：一种圆柱形晶棒的电导率的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将准备好待测量的晶棒放在晶棒支架上，所述晶棒支架带动晶棒前后运动至检测工位；
步骤二，检测工位上的电流探针对晶棒的左右两端进行压紧，接触连接，所述晶棒左右两端的电流探针分别与数字源表的输出端相连；
步骤三，将至少三个从左至右等间距排布的钼丝包绕在晶棒的外围；
检测工位上安装有下压机构，所述下压机构上安装有两个前后设置的夹紧气缸，所述夹紧气缸安装有夹爪，两个夹紧气缸连接的夹爪上分别安装有前后设置的用于引导钼丝的前导向轮以及后导向轮，所述下压机构安装在一支撑架上，所述支撑架上安装有尾部导向轮；
所述钼丝的前端安装在所述夹紧气缸上的接线端子上，所述钼丝的后端连接有重锤，所述钼丝从前至后依次绕设在所述前导向轮、所述后导向轮以及所述尾部导向轮；
数字电压表的正负极分别连接相邻的钼丝的接线端子；
步骤四，数字源表向晶棒施加脉冲电流，数字电压表同步跟踪获取相应的电压值，进而电阻值和电导率值。
本发明提供了一种简便快速的轴向多点测量晶棒电导率的方法。
进一步优选的，所述电阻值的计算方法为数字源表输出2Hz-50Hz的矩形波脉冲电流，数字电压表与数字源表的输出电流同频率同相位采集相应的电压值，计算出不小于一个周期电压绝对值的平均值，将所得的平均值除于数字源表所设定的电流值，获得晶棒在所测量区间内的电阻值。
进一步优选的，电导率值的计算方法为根据电导率公式
且R为相邻二钼丝间的晶棒的电阻值；L为相邻二钼丝间的距离；S为二钼间晶棒的截面积，计算出二钼丝间区域的晶棒电导率。
进一步优选的，步骤四中，数字电压表依次从晶棒的一端开始依次采集相邻二个钼丝间的电压值，采集不小于一个周期的电压值，且取平均值，进而计算出电阻值和电导率值。
进一步优选的，所述下压机构上安装有用于检测下压机构是否达到下极限位置的传感器；
步骤三中，当传感器感应到下压机构运动到下极限位置时，夹紧气缸开始夹紧动作，带动前导向轮以及后导向轮向晶棒的中心靠近，钼丝进一步包绕晶棒。
进一步优选的，步骤四中，当钼丝包绕晶棒动作完成后，数字源表向晶棒施加脉冲电流。
进一步优选的，所述晶棒支架是一绝缘支架。
进一步优选的，所述晶棒左右两端的电流探针分别为固定探针以及活动探针；
所述数字源表的电流输出端分别连接所述固定探针以及活动探针；
所述检测工位上安装有底座，所述底座的左端安装有固定座，所述底座的右端安装有可以左右滑动的活动座，所述底座上安装有带动活动座左右运动的伸缩缸；
所述固定座上安装有所述固定探针，所述活动座上安装有所述活动探针；
所述固定座上固定有固定导柱，所述固定座通过所述固定导柱滑动连接有绝缘材料制成的固定预压板，所述固定导柱上套设有夹持在所述固定预压板与所述固定座之间的弹簧，所述固定预压板上开设有穿过所述固定探针的穿孔；
所述活动座固定有活动导柱，所述活动座通过所述活动导柱滑动连接有绝缘材料制成的活动预压板，所述活动导柱上套设有夹持在所述活动预压板与所述活动座之间的弹簧，所述活动预压板上开设有穿过所述活动探针的穿孔。
便于实现固定探针与活动探针对晶棒的两端导入电流。
进一步优选的，所述下压机构包括气缸以及移动架，所述气缸安装在所述支撑架上，所述气缸的活塞杆与所述移动架传动连接，所述移动架上安装有所述夹紧气缸。
便于实现纵向移动架的上下运动。
进一步优选的，所述夹爪上连接有横向设置的连接杆，所述连接杆的长度方向上依次设有用于引导相邻的钼丝的钼丝导向轮。
便于实现所有的电压检测端的钼丝同步运动。连接杆是绝缘杆，连接杆上开设有环状凹槽，以环状凹槽作为钼丝导向轮。
进一步优选的，所述连接杆上轴向排布的钼丝导向轮的间距相等，所述钼丝导向轮上开设有嵌入钼丝的V形槽。
控制误差。
进一步优选的，所述数字源表与所述电流探针的连线上均串联连接有一电阻，所述电阻阻值为0.5欧姆-1欧姆，功率不小于10毫瓦。
探针导线上串联电阻能够提高每个探针流入样品表面电流分配的一致性，改善样品中电力线分布的均匀性，从而改善测量的准确性，有效改善了测量值的异常跳动。
附图说明
图1是本发明的前视图；
图2是本发明图1中A-A处的局部剖视图；
图3为本发明钼丝包绕在晶棒外围时的局部剖视图；
图4为采用本发明获得的样品电导率轴向分布示意图；
图5为采用本发明与原装置获得的样品轴向电导率的对比图；
图6为采用本发明与原装置获得的样品电导率标准差的对比图。
图1中，1为底座，2为固定座，3为纵向移动架，5为前后气缸，6为活动预压板，7为活动座，11为晶棒支架，12为晶棒，13为夹紧气缸，14为气缸，15为夹爪，16为钼丝，17为后导向轮，18为重锤。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
参见图1至图4，具体实施例1，一种圆柱形晶棒的电导率的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将准备好待测量的晶棒12放在晶棒支架11上，晶棒支架11带动晶棒12前后运动至检测工位。晶棒支架通过前后气缸带动前后运动。
步骤二，检测工位上的电流探针对晶棒的左右两端进行压紧，接触连接，晶棒左右两端的电流探针分别与数字源表的输出端相连。具体的，晶棒左右两端的电流探针分别与数字源表的两个输出电极相连。
步骤三，将至少三个从左至右等间距排布的钼丝包绕在晶棒的外围；
检测工位上安装有下压机构，下压机构上安装有两个前后设置的夹紧气缸13，夹紧气缸13安装有夹爪，两个夹紧气缸连接的夹爪上分别安装有前后设置的用于引导钼丝16的前导向轮以及后导向轮17，下压机构安装在一支撑架上，支撑架上安装有尾部导向轮；
钼丝16的前端安装在夹紧气缸上的接线端子上，钼丝16的后端连接有重锤18，钼丝从前至后依次绕设在前导向轮、后导向轮17以及尾部导向轮。钼丝绕设在前导向轮以及后导向轮的下端，尾部导向轮的上端。
数字电压表的正负极分别连接相邻的钼丝的接线端子；
下压机构上安装有用于检测下压机构是否达到下极限位置的传感器；步骤三中，当传感器感应到下压机构运动到下极限位置时，夹紧气缸开始夹紧动作，带动前导向轮以及后导向轮向晶棒的中心靠近，钼丝进一步包绕晶棒。
步骤四，当钼丝包绕晶棒动作完成后，数字源表向晶棒施加脉冲电流，数字电压表同步跟踪获取相应的电压值，进而电阻值和电导率值。
电阻值的计算方法为数字源表输出2Hz-50Hz的矩形波脉冲电流。矩形波脉冲电流的电流为50mA-200mA,矩形波可以正、反向切换，频率大小可以调节。数字电压表与数字源表的输出电流同频率同相位采集相应的电压值，计算出不小于一个周期电压绝对值的平均值，将所得的平均值除于数字源表所设定的电流值，获得晶棒在所测量区间内的电阻值。
电导率值的计算方法为根据电导率公式
且R为相邻二钼丝间的晶棒的电阻值；L为相邻二钼丝间的距离；S为二钼间晶棒的截面积，计算出二钼丝间区域的晶棒电导率。
本发明提供了一种简便快速的轴向多点测量晶棒电导率的方法。图4，显示的是，采用本方法所获得的晶棒28cm范围内的电导率值。
晶棒支架是一绝缘支架。
晶棒左右两端的电流探针分别为固定探针以及活动探针。固定探针以及活动探针的分布密度2根/cm2-3根/cm2。
数字源表的电流输出端分别连接固定探针以及活动探针；检测工位上安装有底座1，底座1的左端安装有固定座2，底座1的右端安装有可以左右滑动的活动座7，底座1上安装有带动活动座7左右运动的伸缩缸；固定座2上安装有固定探针，活动座上安装有活动探针；固定座2上固定有固定导柱，固定座2通过固定导柱滑动连接有绝缘材料制成的固定预压板，固定导柱上套设有夹持在固定预压板与固定座2之间的弹簧，固定预压板上开设有穿过固定探针的穿孔；活动座固定有活动导柱，活动座通过活动导柱滑动连接有绝缘材料制成的活动预压板6，活动导柱上套设有夹持在活动预压板与活动座之间的弹簧，活动预压板上开设有穿过活动探针的穿孔。便于实现固定探针与活动探针对晶棒的两端导入电流。
底座的中央设有下凹部，下凹部滑动连接有晶棒支架。
相邻的钼丝的间距相等。钼丝的直径为0.1mm-0.25mm。
下压机构包括气缸14以及移动架，气缸14安装在支撑架上，气缸14的活塞杆与移动架传动连接，移动架上安装有夹紧气缸。便于实现纵向移动架3的上下运动。
两个夹爪的下端为间距从上至下递减的倾斜部，倾斜部的下端部安装有钼丝导向轮。便于钼丝的固定。夹爪上连接有横向设置的连接杆，连接杆的长度方向上依次设有用于引导相邻的钼丝的钼丝导向轮。便于实现所有的电压检测端的钼丝同步运动。连接杆上轴向排布的钼丝导向轮的间距相等，钼丝导向轮上开设有嵌入钼丝的V形槽。控制误差。连接杆是绝缘杆，连接杆上开设有环状凹槽，以环状凹槽作为钼丝导向轮。
数字源表与电流探针的连线上均串联连接有一电阻，电阻阻值为0.5欧姆-1欧姆，功率不小于10毫瓦。也就是所述数字源表与左端的电流探针的连线上均串联连接有一电阻；所述数字源表与右端的电流探针的连线上均串联连接有一电阻。
探针导线上串联电阻能够提高每个探针流入样品表面电流分配的一致性，改善样品中电力线分布的均匀性，从而改善测量的准确性，有效改善了测量值的异常跳动。
对同一个已知性能均匀的样品采用电流探针上串联电阻与电流探针上不串联电子进行对比，分别重复测量10次。结果参见图5以及图6，从所得到数据可以看出电流探针上串联电阻后，各点数值波动较小，标准差也明显较小原装置。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种圆柱形晶棒的电导率的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将准备好待测量的晶棒放在晶棒支架上，所述晶棒支架带动晶棒前后运动至检测工位；
步骤二，检测工位上的电流探针对晶棒的左右两端进行压紧，接触连接，所述晶棒左右两端的电流探针分别与数字源表的输出端相连；
步骤三，将至少三个从左至右等间距排布的钼丝包绕在晶棒的外围；
检测工位上安装有下压机构，所述下压机构上安装有两个前后设置的夹紧气缸，所述夹紧气缸安装有夹爪，两个夹紧气缸连接的夹爪上分别安装有前后设置的用于引导钼丝的前导向轮以及后导向轮，所述下压机构安装在一支撑架上，所述支撑架上安装有尾部导向轮；
所述钼丝的前端安装在所述夹紧气缸上的接线端子上，所述钼丝的后端连接有重锤，所述钼丝从前至后依次绕设在所述前导向轮、所述后导向轮以及所述尾部导向轮；
数字电压表的正负极分别连接相邻的钼丝的接线端子；
步骤四，数字源表向晶棒施加脉冲电流，数字电压表同步跟踪获取相应的电压值，进而电阻值和电导率值。
2.根据权利要求1所述的一种圆柱形晶棒的电导率的测量方法，其特征在于：所述电阻值的计算方法为数字源表输出2Hz-50Hz的矩形波脉冲电流，数字电压表与数字源表的输出电流同频率同相位采集相应的电压值，计算出不小于一个周期电压绝对值的平均值，将所得的平均值除于数字源表所设定的电流值，获得晶棒在所测量区间内的电阻值。
3.根据权利要求2所述的一种圆柱形晶棒的电导率的测量方法，其特征在于：电导率值的计算方法为根据电导率公式
且R为相邻二钼丝间的晶棒的电阻值；L为相邻二钼丝间的距离；S为二钼间晶棒的截面积，计算出二钼丝间区域的晶棒电导率。
4.根据权利要求1所述的一种圆柱形晶棒的电导率的测量方法，其特征在于：所述下压机构上安装有用于检测下压机构是否达到下极限位置的传感器；
步骤三中，当传感器感应到下压机构运动到下极限位置时，夹紧气缸开始夹紧动作，带动前导向轮以及后导向轮向晶棒的中心靠近，钼丝进一步包绕晶棒。
5.根据权利要求1所述的一种圆柱形晶棒的电导率的测量方法，其特征在于：所述晶棒左右两端的电流探针分别为固定探针以及活动探针；
所述数字源表的电流输出端分别连接所述固定探针以及活动探针；
所述检测工位上安装有底座，所述底座的左端安装有固定座，所述底座的右端安装有可以左右滑动的活动座，所述底座上安装有带动活动座左右运动的伸缩缸；
所述固定座上安装有所述固定探针，所述活动座上安装有所述活动探针；
所述固定座上固定有固定导柱，所述固定座通过所述固定导柱滑动连接有绝缘材料制成的固定预压板，所述固定导柱上套设有夹持在所述固定预压板与所述固定座之间的弹簧，所述固定预压板上开设有穿过所述固定探针的穿孔；
所述活动座固定有活动导柱，所述活动座通过所述活动导柱滑动连接有绝缘材料制成的活动预压板，所述活动导柱上套设有夹持在所述活动预压板与所述活动座之间的弹簧，所述活动预压板上开设有穿过所述活动探针的穿孔。
6.根据权利要求1所述的一种圆柱形晶棒的电导率的测量方法，其特征在于：相邻的钼丝的间距相等。
7.根据权利要求1所述的一种圆柱形晶棒的电导率的测量方法，其特征在于：所述钼丝的直径为0.1mm-0.25mm。
8.根据权利要求1所述的一种圆柱形晶棒的电导率的测量方法，其特征在于：两个夹爪的下端为间距从上至下递减的倾斜部，所述倾斜部的下端部安装有所述钼丝导向轮。
9.根据权利要求1所述的一种圆柱形晶棒的电导率的测量方法，其特征在于：所述夹爪上连接有横向设置的连接杆，所述连接杆的长度方向上依次设有用于引导相邻的钼丝的钼丝导向轮。
10.根据权利要求1所述的一种圆柱形晶棒的电导率的测量方法，其特征在于：所述数字源表与所述电流探针的连线上均串联连接有一电阻，所述电阻阻值为0.5欧姆-1欧姆，功率不小于10毫瓦。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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