JP2002131211A - 薄膜熱電物質の熱的及び電気的特性を測定する方法及び装置 - Google Patents

薄膜熱電物質の熱的及び電気的特性を測定する方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱電物質の熱寄生損失及び構造的安定性に関
わる従来方法の問題を克服し、熱電物質の熱的及び電気
的特性の測定を行うことのできる装置及び方法を提供す
ること。 【解決手段】 走査顕微鏡を用いて、微視的な熱電物質
サンプルを測定及び特性解析する方法及び装置を提供す
る。本方法は、走査熱プローブを使用する熱的及び電気
的同時測定を基礎とし、走査熱顕微鏡（ＳＴｈＭ）の適
用性を熱電物質の特性解析へと拡張する。プローブが２
つの熱電対を用いて、プローブのコーン・チップの先端
及び底部の電圧を測定する。これらの電圧、及びサンプ
ル物質にわたって測定された電圧から、サンプル物質の
ゼーベック係数、熱伝導率及び抵抗が正確に決定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱電物質の熱的及び
電気的特性を測定する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】新規の薄膜熱電物質の開発における主な
課題の１つは、それらの熱的及び電気的特性の一貫性の
ある正確な測定を獲得することにある。従来の方法は、
測定のために使用されるプローブに関連する電気的及び
熱的な寄生損失の増加のために、微視的な特性解析（ch
aracterization）に容易に拡張できない問題がある。更
に、調査される一部の新規物質の構造的な安定性の欠如
が、従来のプローブ方法を非実用的なものにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】例えば、"ＺＴメータ"
などのプローブを使用する測定の場合、過渡現象の時間
スケールが短くなり、電気測定において誤差を導入す
る。従って、熱電物質の熱寄生損失及び構造的安定性に
関わる既知の方法の問題を克服し、熱電物質の熱的及び
電気的特性の測定を行うことのできる装置及び方法が待
望される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、走査原子力顕
微鏡を用いて、微視的な熱電物質サンプルを測定及び特
性解析する方法及び装置を提供する。本方法は走査熱プ
ローブを使用する熱的及び電気的同時測定を基礎とし、
走査熱顕微鏡（ＳＴｈＭ：scanning thermal microscop
e）の適用性を、熱電物質の特性解析へと拡張する。
【０００５】本発明のプローブは、２つの熱電対などの
２つの温度センサを用いて、プローブのコーン（cone）
チップの先端及び底部の電圧を測定する。これらの電
圧、及びサンプル物質にわたって測定された電圧から、
サンプル物質のゼーベック係数、熱伝導率及び抵抗が正
確に決定される。
【０００６】これらの熱電特性が、次に多くの異なるア
プリケーションにおいて使用され得る。例えば、熱電特
性が、スケールされたシリコン素子の特性解析に使用さ
れる。そこでは、ゼーベック係数の正確な空間変化が、
シリコン素子に関わる正確なドーパント・プロファイリ
ングをもたらす。本発明の他の特徴及び利点が、後述の
好適な実施例において述べられ、これらを参照すること
により、当業者に明らかとなろう。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明は、熱電物質の熱的及び電
気的特性を測定及び特性解析する方法及び装置を提供す
る。本発明は、熱電対及びサーミスタ・プローブ型温度
センサなどの、熱プローブとして設計された温度センサ
を利用し、また熱プローブ・チップにある表面電極を用
いて、熱電物質のサンプルの電気測定を行う。
【０００８】本発明の好適な実施例は、２つの熱電対を
本発明の温度センサとして使用する。しかしながら、本
発明はその趣旨及び範囲から逸れることなく、他のタイ
プの温度センサを使用することにより、プローブ上の様
々なポイントでの温度値を測定してもよい。例えば、本
発明は２つの熱電対ではなく、好適な実施例の１つ以上
の熱電対の代わりに、またはそれに加えて、１つ以上の
サーミスタを使用してもよい。しかしながら、説明の都
合上、本発明は、温度を測定するために使用される２つ
の熱電対を有するプローブに関して述べられる。
【０００９】プローブ設計：図１は、本発明に従うプロ
ーブ１００の２つの図を示す。図１に示されるプローブ
は、熱電物質の熱電特性を後述のように測定するために
使用される。図１のプローブは、２つの熱電対を用い
て、試験対象の熱電物質サンプルの熱電特性を計算する
ために使用される温度の測定を提供する。
【００１０】図１に示されるように、プローブ１００は
カンチレバー基板構造１１０、第１のリード１２０、第
２のリード１３０、第３のリード１４０、第４のリード
１４５、リフレクタ１５０、及びコーン（cone）１６０
を含む。リード１２０乃至１４５は、後述のように、プ
ローブ・チップ１６０（コーン・チップ）の温度及びサ
ンプル物質の温度を測定するために使用される、２つの
熱電対を形成する。これらの測定から、サンプル物質の
熱電特性が決定される。
【００１１】リフレクタ１５０は、検出器（図示せず）
に向けられるレーザ・ビームを反射するために使用され
る。レーザ・ビーム、リフレクタ１５０及び検出器は、
カンチレバー構造１１０のたわみを測定し、プローブ・
チップ１６０とサンプル物質との間の距離を一定値に維
持するために使用される。
【００１２】図２は、プローブ・チップ１６０の横断面
を示す。図２に示されるように、プローブ・チップ１６
０は、多数の異なる物質層から構成される。典型的な実
施例に関わる後述の特定の物質は、例証を目的とするも
ので、類似の特性を有する他の物質も、ここで使用され
る物質の代わりに、またはそれらに加えて、本発明の趣
旨及び範囲から逸れることなく、使用され得る。
【００１３】プローブ・チップ１６０の形成が、図２を
参照して述べられる。プローブの様々な層を形成するた
めに使用される、付着やエッチングなどの機構は、一般
に、半導体チップ・メーカには周知である。しかしなが
ら、これらの機構はここで述べる構造を形成するために
は、従来使用されてこなかった。
【００１４】カンチレバー基板１１０が最初に、シリコ
ンまたは窒化ケイ素物質により形成される。酸化ケイ素
コーン１６０が、カンチレバー基板１１０上に形成され
る。次に、２次金属層がカンチレバー基板１１０及びコ
ーン１６０上に形成される。２次金属層は、例えばクロ
ムであり、第２のリード１３０及び第３のリード１４０
を形成するために使用される。
【００１５】クロム層は、カンチレバー基板１１０及び
コーン１６０の全てを覆う訳ではない。むしろ、図２に
示されるように、コーン１６０の底部のクロム層の一部
がエッチングにより除去され、２本のリード１３０及び
１４０が互いに接触することなく形成される。
【００１６】一旦２本のリード１３０及び１４０が形成
されると、酸化ケイ素層１８０がクロム層上に形成され
る。酸化ケイ素層１８０はコーンの頂点、及びコーンの
底部のあるポイントにおいてエッチングされて、２つの
熱電対を形成する。そして、この熱電対が本発明におい
て、サンプル物質の熱電特性測定を行うために使用され
る。
【００１７】酸化ケイ素層１８０が形成された後、１次
金属層１２０が形成される。１次金属層１２０は、典型
的な実施例では、白金／イリジウムから成るが、特定の
アプリケーションに特に適した特性を有することが判明
している任意の他のタイプの金属であってもよい。図２
に示されるように、１次金属層１２０は、エッチングに
より、コーンの底部の近くの位置において除去され、そ
れにより第１及び第４のリード１２０及び１４５が形成
される。
【００１８】酸化ケイ素層１８０がエッチングにより除
去されたポイントでの、１次及び２次金属層の相互作用
が、熱電特性の測定に使用される熱電対を形成する。２
重の熱電対の動作に干渉しない限り、追加の金属層が図
２に示される構造に追加されてもよい。例えば後述のよ
うに、カンチレバー構造１１０を過熱するために、細い
ワイヤがカンチレバー構造に追加されてもよく、それに
より温度差を生成する。
【００１９】図１及び図２に示されるプローブ構造は、
円錐形状のプローブ・チップを示すが、プローブ・チッ
プは所望の任意の形状であってよい。例えば、円錐形状
のプローブ・チップは非常に狭いまたは非常に広い直径
を有してよく、また先端において、任意の値の内角を有
してよい。しかしながら、より狭い先端が好ましい。な
ぜなら、狭い先端は測定温度フィールドをより小さな領
域に局所化し、プローブがより小さな規模の物質の熱電
特性を測定することを可能にするからである。
【００２０】前述のプロセスを用いて形成されるプロー
ブは、多くの異なるアプリケーションにおいて、測定を
行うために使用される。プローブはナノ・スケールの構
造の熱電特性の測定、半導体物質のシリコン・ドーパン
トのプロファイリング、及び巨大磁気抵抗ヘッドの特性
解析などに使用される。本発明はプローブのある１つの
アプリケーションに限定されるものではなく、プローブ
が形成される全ての可能なアプリケーションを網羅する
ように意図されるものである。
【００２１】当業者であれば、本発明のプローブが、後
述の較正及び計算が行われるコンピュータ・システムと
一緒に使用されることが理解できよう。プローブは測定
量を提供するために使用され、この測定量が次にコンピ
ュータ・システムにより処理されて、プローブを較正
し、試験対象の物質の熱電特性の値を生成する。
【００２２】プローブの較正：プローブがサンプル物質
の熱電特性を測定するために使用される前に、プローブ
が較正されなければならない。較正は、熱電特性の関係
を得るために、その熱電特性が一般に知れているサンプ
ルを用いて行われる。較正方法は一般に次のステップを
含む。 １）各熱電対にかかる電圧を測定する。 ２）ボトム・リードからサンプルの裏面までの温度を測
定する。 ３）前記測定にもとづき、ＮＩＳＴ（米国連邦情報・技
術局）基準に従い温度を較正する。 ４）サンプルの既知の熱電特性を用いて熱流を較正す
る。
【００２３】図３は、本発明に従う混合モード動作プロ
ーブの回路図を示す。図３に示されるように、プローブ
１００は第１のリード１２０、第２のリード１３０、及
び第３のリード１４０を含む。プローブ・チップ１６０
において熱電対に接続される、第１及び第２のリード１
２０及び１３０の間にかかる電圧Ｖt1は、プローブのコ
ーンの先端の温度と、先端から出る熱流とをモニタする
ために使用される。底部において熱電対に接続される、
第３及び第４のリード１４０及び１４５の間にかかる電
圧Ｖt2は、プローブのコーンの底部の温度と、熱流とを
モニタするために使用される。これらの電圧にもとづ
き、コーンの先端と底部との間の温度差ΔＴtが計算さ
れる。第１及び第５のリード１２０及び３３０での電流
−電圧（Ｉ−Ｖs）測定が、熱電物質サンプル３１０の
電気特性を解析する。
【００２４】プローブ・チップにおける温度センサ、す
なわち熱電対は、多くの異なる方法により較正されう
る。特に、本発明の好適な実施例では、較正済みの表面
の底部上、及び熱電冷却器（ＴＥＣ：thermoelectric c
ooler）３２０の金属表面上において、プローブ・チッ
プを同時に走査することにより、プローブ・チップの温
度センサを較正する。例えば、図５に示されるように、
較正済みの物質は、熱電冷却器３２０上に置かれた較正
済みのシリコン・ダイオードの白金ベースであり、金属
表面は熱電冷却器３２０の銅金属表面である。別の較正
では、例えば図６に示されるように、熱電冷却器の金属
表面の走査が、較正済みのＥタイプの熱電対により、同
時にモニタされる。較正が行われる特定の態様に関わら
ず、温度較正方法は本質的に同じである。
【００２５】コーン１６０の先端及び底部の温度セン
サ、すなわち熱電対は、様々な先端及びサンプル温度の
電圧値を測定するために使用される。本発明によれば、
サンプルの温度を周囲温度の近傍で増減するために、プ
ローブ１００のカンチレバーたわみを検出するために使
用されるレーザがオフされ、熱電冷却器３２０が作動さ
れる。
【００２６】電圧Ｖt1及びＶt2の測定は熱電対を用いて
行われ、較正済みの表面の電圧と温度の関係をプロット
するために使用される。ＮＩＳＴ（米国連邦情報・技術
局）温度基準を用いて、電圧と温度の関係が既知のポイ
ントを用いて特定される。図７は、先端電圧と先端温度
との典型的な関係を示す。このように、熱電センサ電圧
Ｖと温度Ｔとの間で、１対１の関係を示すテーブルが得
られる。
【００２７】前述の方法は本発明の好適な実施例で使用
されるが、温度較正を行う他の方法も、本発明の趣旨及
び範囲から逸脱することなく、本発明と共に使用され得
る。
【００２８】一旦温度較正が実行されると、熱電センサ
が熱流の測定のために較正されなければならない。熱流
較正は、既知の熱電特性を有する物質を利用する。特
に、既知のゼーベック係数α及び熱伝導率λkを有する
物質が利用される。
【００２９】図４は、本発明に従う熱較正の基本的方法
を示す図である。先端からサンプル表面への熱流Ｑが、
接触モード動作において、プローブ・チップを熱電物質
上で走査することにより較正される。ここで熱電物質
は、Ｂｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ3、Ｂｉ2Ｔｅ2.9Ｓｅ0.1、Ｚｎ
Ｓｂ及びＢｉ結晶であり、これらのゼーベック係数αk
nown及び熱伝導率λknownは既知である。熱流平衡は次
式で表わされる。
【００３０】
【数５】 Ｑp（ΔＴt）＝ＧλkΔＴs （１）
【００３１】ここでΔＴsはサンプルを横断する温度降
下であり、Ｇは幾何学パラメータである。またＧ ２π
αであり、αはプローブ・チップの"熱"半径である。Δ
Ｔsの値は、リード１２０及び１４０の間の熱電対にか
かる電圧と、物質のゼーベック係数との比（Ｖ／α）に
等しい。開回路電圧Ｖknownは、リード１２０及び３３
０にわたって測定される。従って、式（１）は次のよう
になる。
【００３２】
【数６】 Ｑp（ΔＴt）/Ｇ＝λknown（Ｖknown/αknown） （２ ）
【００３３】図８に示されるように、量（Ｑp/Ｇ）はθ
で示され、時に正規化熱流と呼ばれ、例えば、たわみを
モニタするために使用されるレーザがオフされ（曲線
ａ）、またオンされるときに（曲線ｂ）、標準状態とし
て作表される。レーザがオフの時、Ｔt＝０においてθ
＝０であり、レーザがオンの時、Ｔt＝ΔＴ1においてθ
＝０である。このように、前述の温度及び熱流の較正か
ら、関係Ｖt/Ｔt及びθ/ΔＴtが、プローブ・チップの
完全な熱電較正及び特性解析を提供する。
【００３４】物質の熱電特性解析：較正後、本発明は熱
電物質を熱的に特性解析するために使用される。本発明
の方法及び装置は、開回路条件すなわちＩ＝０を利用す
る。本発明の方法及び装置により、未知の熱伝導率λ及
びゼーベック係数αの熱電サンプル上で、先端電圧Ｖt
及び開回路電圧Ｖsoが、較正済みプローブ・チップによ
り同時に測定される。サンプルの裏面の温度Ｔbが、サ
ンプルの裏面を冷却することにより、周囲温度より上下
に変化する。或いは、カンチレバー構造１１０内にヒー
タ線が設けられる場合、ヒータ線に高電流を流すことに
より、先端が過熱される。本発明の趣旨及び範囲から逸
れることなく、サンプルにわたって温度差を生成する任
意の方法が使用される。こうすることにより、次の関係
が得られる。
【００３５】
【数７】 λΔＴs＝λＶs/α＝θ（ΔＴt） （３）
【００３６】ここでλは物質の未知の熱伝導率であり、
αは物質の未知のゼーベック係数である。
【００３７】物質のゼーベック係数に対する熱伝導率の
比率は、プローブ・チップとサンプルとの間の界面特性
に関係無しに、式（３）から正確に測定される。すなわ
ち、
【００３８】
【数８】 λ/α＝θ（ΔＴt）/Ｖs （４）
【００３９】熱伝導率またはゼーベック係数のいずれか
が知れている場合、他のパラメータは前記の関係を用い
て実際に決定される。このことは、例えばシリコン・ウ
エハ・チップのドーパント・プロファイリングを行うと
きに、特に有用である。シリコンの熱伝導率は既知であ
るので、チップにわたって本発明のプローブを走査し、
ゼーベック係数を測定することにより、チップ構造内の
ドーパントの正確なプロファイルを得ることができる。
更に、これらの値は熱電冷却器の冷却能力を計算するた
めにも使用され得る。
【００４０】物質の電気的特性解析：電気的特性解析は
熱的分離条件、すなわちＱp＝０またはθ＝０を利用す
る。この条件の下で、先端と熱センサとの間の界面にか
かる温度降下は存在しない。先端熱センサがサンプルの
温度を測定する。この条件を達成するために、電気回路
が先端を通じて導通される。
【００４１】前述の例では、サンプルの裏面が周囲温度
よりも高い温度に維持される（Ｔb＞Ｔa）。従って、Ｉ
＝０において、θ＝λΔＴs＜０である。電流Ｉは接点
において冷却を生成し、Ｉ＝Ｉ1において、条件θ＝０
及びＴt＝Ｔsをもたらす。電流が更に増加されると、冷
却効果が増加し、ジュール熱が熱電冷却効果と平衡する
ような表面温度になるとき、θが最大に達する。更に電
流Ｉを増加すると、θが低下し、Ｉ＝Ｉ2において、別
のθ＝０条件が得られる（図９参照）。熱電電圧（αΔ
Ｔs）はＩ＝Ｉ1及びＩ＝Ｉ2において同一である。すな
わち、
【００４２】
【数９】 Ｒ＋Ｒc＝（Ｖs2−Ｖs1）/（Ｉ2−Ｉ1） （５）
【００４３】
【数１０】 α＝（Ｉ2Ｖs1−Ｉ1Ｖs2）/（Ｉ2−Ｉ1）（Ｔb−Ｔt） （６）
【００４４】ここでＲはサンプル物質の抵抗であり、Ｒ
cはプローブとサンプル物質との間の接点の電気接触抵
抗である。
【００４５】或いは、（特に約１００ｎｍ程度の超薄膜
において、電流Ｉの大きさが小さな値に制限される必要
がある場合、）外部の熱電冷却器の電流を変化すること
により、Ｔbの２つの異なる値に対して、θ＝０が獲得
される。Ｉの対応する値がＩ0 1及びＩ02の場合、２つの
ケースのＩ−Ｖ関係は次のようになる。
【００４６】
【数１１】 Ｖs1＝Ｉ01（Ｒ＋Ｒc）＋α（Ｔt−Ｔb1） Ｖs2＝Ｉ02（Ｒ＋Ｒc）＋α（Ｔt−Ｔb2） （７）
【００４７】前記の連立方程式を解くと、次の結果が得
られる。
【００４８】
【数１２】 Ｒ＋Ｒc＝[(Ｔt−Ｔb1)Ｖs2−(Ｔt−Ｔb2)Ｖs1]/ [(Ｔt−Ｔb1)Ｉo2−(Ｔt−Ｔb2)Ｉo1] （８）
【００４９】
【数１３】 α＝（Ｉo2Ｖs1−Ｉo1Ｖs2）/ [(Ｔt−Ｔb1)Ｉo2−(Ｔt−Ｔb2)Ｉo1] （９）
【００５０】一旦ゼーベック係数αが知れると、熱伝導
率λは式（４）を用いて計算される。更に、サンプル物
質のゼーベック係数及び抵抗率が、前記の関係及び熱伝
導係数に関する以下の関係を用いて計算される。サンプ
ル物質のこれらの熱電特性により、サンプル物質の冷却
性能が正確に決定される。
【００５１】熱伝導係数：熱伝導率λは素子の熱伝導係
数に無関係に計算されるが、接触抵抗を推定するため
に、熱電素子の熱伝導係数を抽出することが重要であ
る。熱伝導係数を抽出するために、サンプル物質にかか
る温度差をΔＴsとし、対応する開回路電圧をＶso＝α
ΔＴsとする。熱伝導係数を得る１方法は、サンプル物
質が約Ｉ＝０の小電流ｉにより摂動を起こすとき、電気
的及び熱的特性の差分変化を測定することである。絶対
値ｉの正及び負の小電流における、プローブ・チップと
サンプル表面との間の熱平衡条件は、冷却モード及び過
熱モードのそれぞれにおいて、次のようになる。
【００５２】
【数１４】 冷却モード： Ｑ(Ｔt＋δＴt)＝αｉ(Ｔb＋ΔＴs−δＴs) −ｘｉ2Ｒ−ｉ2Ｒc＋Ｋ(ΔＴs−δＴs) （１０ ）
【００５３】
【数１５】 過熱モード： Ｑ(Ｔt＋δＴt)＝−αｉ(Ｔb＋ΔＴs＋δＴs) −ｘｉ2Ｒ−ｉ2Ｒc＋Ｋ(ΔＴs＋δＴs) （１１ ）
【００５４】ここでδＴt及びδＴsは、プローブ・チッ
プ温度及びサンプル表面温度における摂動を表し、ｘは
プローブ・チップに還流する熱電対内で生成されるジュ
ール熱の一部を表す。
【００５５】Ｑ(Ｔt＋δＴt)−Ｑ(Ｔt−δＴt)＝２δＱ
の場合、式（１０）及び式（１１）にもとづき、次の関
係が得られる。
【００５６】
【数１６】 δＴs＝[αｉ(Ｔb＋ΔＴs)−δＱ]/Ｋ （１２）
【００５７】正及び負の電流値において、熱電対にかか
る電圧は、次のようになる。
【００５８】
【数１７】 Ｖs＋δＶ＝ｉ(Ｒ＋Ｒc)＋α(ΔＴs−δＴs) Ｖs−δＶ＝ｉ(Ｒ＋Ｒc)＋α(ΔＴs＋δＴs) （１３）
【００５９】ゼロ電流バイアス・ポイント付近の差電圧
は、次式により与えられる。
【００６０】
【数１８】 ΔＴs＝ｉ(Ｒ＋Ｒc)−αδＴs （１４）
【００６１】式（１２）からのδＴsの値を代入し、δ
Ｑ/Ｋ＝δθ/λに着目すると、熱抵抗Ｋが次式により与
えられる。
【００６２】
【数１９】 Ｋ＝α2ｉ(Ｔb＋ΔＴs)/[ｉ(Ｒ＋Ｒc)−δＶ−(α/λ)δθ] （１５）
【００６３】この関係は、ΔＴs＝０及びＴb＝Ｔaの特
定のケースにおいても有効である。従って、Ｉのシヌソ
イダル／バイポーラ・ステップ変化に対する、δＶ及び
δθの変化の絶対値を測定することにより、熱伝導係数
が正確に推定される。
【００６４】接触インピーダンスの推定：開回路条件Ｉ
＝０を扱う熱特性解析において、先端を通じてサンプル
表面に至る熱流は、サンプル内に侵入する熱流に等し
い。この条件は、接触熱抵抗Ｋcを推定するために使用
される。
【００６５】
【数２０】 Ｑ＝Ｋc(Ｔt−Ｔs)＝Ｋ(Ｔs−Ｔb) （１６）
【００６６】或いは、
【００６７】
【数２１】 Ｋc＝Ｋ[ΔＴs/(Ｔt−Ｔb−ΔＴs)] ＝Ｋ[(Ｖso/α)/(Ｔt−Ｔb−Ｖso/α)]
【００６８】従って、次式が得られる。
【００６９】
【数２２】 Ｋc＝Ｋ[Ｖso/(α(Ｔt−Ｔb)−Ｖso)] （１７）
【００７０】電気接触抵抗Ｒcは、コーン・チップとサ
ンプル物質との間の界面の特性をモデル化することによ
り推定される。接触抵抗が主に本質的に電子的であり、
ウィーデマン−フランツの法則の境界形態に関連付けら
れると仮定すると、次の関係が得られる。
【００７１】
【数２３】 Ｒc＝Ｌ0Ｔs/Ｋc （１８）
【００７２】ここでＬ0〜(１５６μＶ/Ｋ)2はローレン
ツ数である。式（５）及び式（８）は、接触抵抗Ｒcが
既知の場合、真性な熱電対抵抗の値をもたらす。
【００７３】本発明は、完全機能型のデータ処理システ
ムに接続されるプローブ装置の状況において述べられて
きたが、当業者であれば、本発明のプロセスが、命令を
含むコンピュータ可読媒体の形式及び様々な形式で配布
され、本発明が配布を行うために実際に使用される特定
タイプの信号担持媒体に関わらず、同様に適用できるこ
とが理解できよう。コンピュータ可読媒体の例には、フ
ロッピー（Ｒ）ディスク、ハード・ディスク・ドライ
ブ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなどの記録
型媒体と、デジタル及びアナログ通信リンク、或いは無
線周波及び光波伝送などの伝送形態を使用する有線また
は無線通信リンクなどの伝送型媒体とが含まれる。コン
ピュータ可読媒体は、特定のデータ処理システムにおけ
る実際の使用においてデコードされるように、コード化
フォーマットの形式を取り得る。
【００７４】以上、本発明の説明は、例証のために提示
されたもので、本発明をここで開示された形態に限定す
るものではない。当業者であれば、多くの変更及び変形
が明らかであろう。ここで述べた実施例は、本発明の原
理及び実際のアプリケーションを最も明確に説明するた
めに選択されてもので、当業者であれば、特定のアプリ
ケーションに適合するように、様々な変更を加えること
により、様々な実施例を考案できよう。
【００７５】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００７６】（１）物質の熱電特性を測定する方法であ
って、前記物質にわたって温度差を生成するステップ
と、プローブにより、前記物質にかかる電圧を測定する
ステップと、前記プローブの先端と前記プローブの底部
との間の温度差を測定するステップと、測定された前記
温度差及び前記電圧にもとづき、少なくとも１つの熱電
特性を計算するステップとを含む方法。 （２）前記温度差を生成するステップが、前記物質の底
部に設けられる熱電冷却器を使用して、前記物質を冷却
するステップを含む、前記（１）記載の方法。 （３）前記温度差を生成するステップが、前記プローブ
に関連付けられるヒータ線に高電流を流すステップを含
む、前記（１）記載の方法。 （４）前記電圧を測定するステップが、前記プローブの
前記先端につながるリードと、前記物質の底部につなが
るリードとを含む回路を通じて、電流を流すステップを
含む、前記（１）記載の方法。 （５）前記温度差を測定するステップが、前記プローブ
の前記先端に関連付けられる第１の熱電対にかかる第１
の電圧を測定するステップと、前記プローブの前記底部
に関連付けられる第２の熱電対にかかる第２の電圧を測
定するステップとを含む、前記（１）記載の方法。 （６）前記温度差が、前記先端における電圧と前記先端
における温度との関係、及び前記プローブを横断する熱
流と前記プローブにかかる前記温度差との関係にもとづ
き計算される、前記（５）記載の方法。 （７）前記少なくとも１つの熱電特性を計算するステッ
プが、熱伝導率とゼーベック係数との関係を決定するス
テップを含む、前記（１）記載の方法。 （８）前記熱伝導率とゼーベック係数との関係が、前記
プローブの前記先端における電圧の関数としての正規化
熱流と、前記物質にかかる電圧との比である、前記
（７）記載の方法。 （９）前記少なくとも１つの熱電特性を計算するステッ
プが、正規化熱流がゼロの状態での、前記物質にかかる
電圧と、前記物質に流れる電流と、前記プローブの前記
先端の温度と、前記物質の裏面の温度とにもとづき、前
記物質の抵抗の関係、及び前記物質のゼーベック係数の
関係を決定するステップを含む、前記（１）記載の方
法。 （１０）前記物質の抵抗の関係が、
【数２４】Ｒ＋Ｒc＝[(Ｔt−Ｔb1)Ｖs2−(Ｔt−Ｔb2)Ｖ
s1]/[(Ｔt−Ｔb1)Ｉo2−(Ｔt−Ｔb2)Ｉo1] であり、ここでＲが前記物質の電気抵抗、Ｒcが前記プ
ローブの前記先端と前記物質との電気接点の電気抵抗、
Ｉo1が前記正規化熱流がゼロのときの、第１の冷却温度
Ｔb1における電流、Ｖs1が前記第１の冷却温度において
前記物質にかかる電圧、Ｉo2が前記正規化熱流がゼロの
ときの、第２の冷却温度Ｔb2における電流、Ｖo2が前記
第２の冷却温度において前記物質にかかる電圧、及びＴ
tが前記プローブの前記先端における温度を示す、前記
（９）記載の方法。 （１１）ゼーベック係数の前記関係が
【数２５】α＝（Ｉo2Ｖs1−Ｉo1Ｖs2）/[(Ｔt−Ｔb1)
Ｉo2−(Ｔt−Ｔb2)Ｉo1] であり、ここでＩo1が前記正規化熱流がゼロのときの、
第１の冷却温度Ｔb1における電流、Ｖs1が前記第１の冷
却温度において前記物質にかかる電圧、Ｉo2が前記正規
化熱流がゼロのときの、第２の冷却温度Ｔb2における電
流、Ｖo2が前記第２の冷却温度において前記物質にかか
る電圧、及びＴtが前記プローブの前記先端における温
度を示す、前記（９）記載の方法。 （１２）前記少なくとも１つの熱電特性を計算するステ
ップが、前記物質のゼーベック係数、前記物質にかかる
電圧降下、前記物質の裏面の温度、摂動電流、前記物質
の電気抵抗、前記プローブの前記先端と前記物質との間
の接点の電気抵抗、及び前記物質の熱伝導率にもとづ
き、前記物質の熱抵抗を計算するステップを含む、前記
（１）記載の方法。 （１３）前記少なくとも１つの熱電特性を計算するステ
ップが、次の関係すなわち
【数２６】Ｋ＝α2ｉ(Ｔb＋ΔＴs)/[ｉ(Ｒ＋Ｒc)−δＶ
−(α/λ)δθ] にもとづき、前記物質の熱抵抗を決定するステップを含
み、ここでαが前記物質のゼーベック係数、ｉが小電
流、Ｔbが前記物質の背面の温度、ΔＴsが前記物質にか
かる温度降下、Ｒが前記物質の電気抵抗、Ｒcが前記プ
ローブの前記先端と前記物質との間の接点の電気抵抗、
δＶが電圧変化、δθが正規化熱流の変化、及びλが前
記物質の熱伝導率を示す、前記（１）記載の方法。 （１４）前記少なくとも１つの熱電特性を計算するステ
ップが、前記プローブの前記先端と前記物質との間の接
点の電気抵抗を、ローレンツ数、前記物質の温度、及び
前記接点における熱抵抗の関数として決定するステップ
を含む、前記（１）記載の方法。 （１５）前記少なくとも１つの熱電特性を計算するステ
ップが、前記プローブの前記先端と前記物質との間の接
点の電気抵抗を、次の関係すなわち
【数２７】Ｒc＝Ｌ0Ｔs/Ｋc を用いて決定するステップを含み、ここでＬ0はローレ
ンツ数、Ｔsは前記物質の温度、Ｋcは前記接点における
熱抵抗である、前記（１）記載の方法。 （１６）前記プローブの先端と前記プローブの底部との
間の温度差を測定するステップが、第１の温度センサを
用いて、前記前記プローブの前記先端の温度を測定する
ステップと、第２の温度センサを用いて、前記プローブ
の前記底部の温度を測定するステップとを含む、前記
（１）記載の方法。 （１７）前記第１の温度センサ及び前記第２の温度セン
サの少なくとも一方が、熱電対またはサーミスタのいず
れかである、前記（１６）記載の方法。 （１８）物質の熱電特性を測定するコンピュータ可読媒
体内のコンピュータ・プログラム製品であって、コンピ
ュータを、前記物質にわたって温度差を生成する第１の
命令手段と、プローブにより、前記物質にかかる電圧を
測定する第２の命令手段と、前記プローブの先端と前記
プローブの底部との間の温度差を測定する第３の命令手
段と、測定された前記温度差及び前記電圧にもとづき、
少なくとも１つの熱電特性を計算する第４の命令手段と
を含む各手段を機能させるためのコンピュータ・プログ
ラム製品。 （１９）前記温度差を生成する第１の命令手段が、前記
物質の底部に設けられる熱電冷却器を使用して、前記物
質を冷却する命令手段を含む、前記（１８）記載のコン
ピュータ・プログラム製品。 （２０）前記温度差を生成する第１の命令手段が、前記
プローブに関連付けられるヒータ線に高電流を流す命令
手段を含む、前記（１８）記載のコンピュータ・プログ
ラム製品。 （２１）前記電圧を測定する第２の命令手段が、前記プ
ローブの前記先端につながるリードと、前記物質の底部
につながるリードとを含む回路を通じて、電流を流す命
令手段を含む、前記（１８）記載のコンピュータ・プロ
グラム製品。 （２２）前記温度差を測定する第３の命令手段が、前記
プローブの前記先端に関連付けられる第１の熱電対にか
かる第１の電圧を測定する命令手段と、前記プローブの
前記底部に関連付けられる第２の熱電対にかかる第２の
電圧を測定する命令手段とを含む、前記（１８）記載の
コンピュータ・プログラム。 （２３）前記温度差が、前記先端における電圧と前記先
端における温度との関係、及び前記プローブを横断する
熱流と前記プローブにかかる前記温度差との関係にもと
づき計算される、前記（２２）記載のコンピュータ・プ
ログラム製品。 （２４）前記少なくとも１つの熱電特性を計算する第４
の命令手段が、熱伝導率とゼーベック係数との関係を決
定する命令手段を含む、前記（１８）記載のコンピュー
タ・プログラム製品。 （２５）前記熱伝導率とゼーベック係数との関係が、前
記プローブの前記先端における電圧の関数としての正規
化熱流と、前記物質にかかる電圧との比である、前記
（２４）記載のコンピュータ・プログラム製品。 （２６）前記少なくとも１つの熱電特性を計算する第４
の命令手段が、正規化熱流がゼロの状態での、前記物質
にかかる電圧と、前記物質に流れる電流と、前記プロー
ブの前記先端の温度と、前記物質の裏面の温度とにもと
づき、前記物質の抵抗の関係、及び前記物質のゼーベッ
ク係数の関係を決定する命令手段を含む、前記（１８）
記載のコンピュータ・プログラム製品。 （２７）前記少なくとも１つの熱電特性を計算する第４
の命令手段が、前記物質のゼーベック係数、前記物質に
かかる電圧降下、前記物質の裏面の温度、摂動電流、前
記物質の電気抵抗、前記プローブの前記先端と前記物質
との間の接点の電気抵抗、及び前記物質の熱伝導率にも
とづき、前記物質の熱抵抗を計算する命令手段を含む、
前記（１８）記載のコンピュータ・プログラム製品。 （２８）前記少なくとも１つの熱電特性を計算する第４
の命令手段が、前記プローブの前記先端と前記物質との
間の接点の電気抵抗を、ローレンツ数、前記物質の温
度、及び前記接点における熱抵抗の関数として決定する
命令手段を含む、前記（１８）記載のコンピュータ・プ
ログラム製品。 （２９）物質の熱電特性を測定する装置であって、前記
物質にわたって温度差を生成する手段と、前記物質にか
かる電圧を測定し、プローブの先端と該プローブの底部
との間の温度差を測定するプローブとを含み、測定され
た前記温度差及び前記電圧にもとづき、少なくとも１つ
の熱電特性を決定する装置。 （３０）前記少なくとも１つの熱電特性を決定するコン
ピュータを含む、前記（２９）記載の装置。 （３１）前記少なくとも１つの熱電特性が、熱伝導率と
ゼーベック係数との関係を用いて決定される、前記（３
０）記載の装置。 （３２）前記少なくとも１つの熱電特性が、正規化熱流
がゼロの状態での、前記物質にかかる電圧と、前記物質
に流れる電流と、前記プローブの前記先端の温度と、前
記物質の裏面の温度とにもとづく、前記物質の抵抗の関
係、及び前記物質のゼーベック係数の関係にもとづき決
定される、前記（３０）載の装置。 （３３）前記プローブが、該プローブの前記先端の温度
を測定する第１の温度センサと、該プローブの前記底部
の温度を測定する第２の温度センサとを含む、前記（２
９）記載の装置。 （３４）前記第１の温度センサ及び前記第２の温度セン
サの少なくとも一方が、熱電対またはサーミスタのいず
れかである、前記（３３）記載の装置。 （３５）物質の熱電特性を測定するプローブであって、
プローブ本体と、前記プローブ本体上に形成されるプロ
ーブ・チップと、前記プローブ・チップの先端に配置さ
れる第１の温度センサと、前記プローブ・チップの底部
に配置される第２の温度センサとを含み、前記第１及び
第２の温度センサにおいて測定される温度が、前記物質
の熱電特性を決定するために使用されるプローブ。 （３６）前記第１の温度センサが第１のリード及び第２
のリードを含む第１の熱電対であり、前記第２の温度セ
ンサが第３のリード及び第４のリードを含む第２の熱電
対である、前記（３５）記載のプローブ。 （３７）前記第１のリード及び前記第４のリードが白金
／イリジウム金属組成から成り、前記第２のリード及び
前記第３のリードがクロムから成る、前記（３６）記載
のプローブ。 （３８）前記物質の裏面につながる第５のリードを含
み、前記第５のリード及び前記第１のリードが、前記物
質にかかる電圧を測定するために使用される、前記（３
６）記載のプローブ。 （３９）レーザ・ビームを反射し、前記プローブの前記
物質に対する相対位置を決定するリフレクタを含む、前
記（３５）記載のプローブ。 （４０）前記プローブ・チップが円錐形状のプローブ・
チップである、前記（３５）記載のプローブ。 （４１）前記プローブ本体がカンチレバー・プローブ本
体であり、前記リフレクタが前記カンチレバー・プロー
ブ本体のたわみを決定するために使用される、前記（３
９）記載のプローブ。 （４２）前記プローブ本体がシリコンまたは窒化ケイ素
により形成される、前記（３５）記載のプローブ。 （４３）前記プローブ・チップが酸化ケイ素コーンを含
む、前記（３５）記載のプローブ。 （４４）前記第１の熱電対が、前記プローブ本体及び前
記プローブ・チップ上に形成され、前記プローブ・チッ
プの底部においてエッチングされる第１の金属層と、前
記第１の金属層上に形成される酸化ケイ素層と、前記酸
化ケイ素層上に形成され、前記プローブ・チップの前記
底部においてエッチングされる第２の金属層とを含む、
前記（３６）記載のプローブ。 （４５）前記第２の熱電対が、前記プローブ本体及び前
記プローブ・チップ上に形成される第１の金属層と、前
記第１の金属層上に形成され、前記プローブ・チップの
先端においてエッチングされる酸化ケイ素層と、前記酸
化ケイ素層上に形成される第２の金属層とを含む、前記
（３６）記載のプローブ。 （４６）前記第１の金属層がクロムから成り、前記第２
の金属層が白金／イリジウム金属組成から成る、前記
（４４）または（４５）に記載のプローブ。 （４７）前記プローブ本体上にヒータ線を含む、前記
（３５）記載のプローブ。 （４８）前記第１の温度センサ及び前記第２の温度セン
サの少なくとも一方がサーミスタである、前記（３５）
記載のプローブ。 （４９）物質の熱電特性を測定するプローブを形成する
方法であって、プローブ本体を形成するステップと、前
記プローブ本体上に形成されるプローブ・チップを形成
するステップと、前記プローブ・チップの先端に配置さ
れる第１の温度センサを形成するステップと、前記プロ
ーブ・チップの底部に配置される第２の温度センサを形
成するステップとを含み、前記第１の熱電対及び前記第
２の熱電対において測定される電圧が、前記物質の熱電
特性を決定するために使用される方法。 （５０）前記第１の温度センサを形成するステップが、
第１のリード及び第２のリードを有する第１の熱電対を
形成するステップを含み、前記第２の温度センサを形成
するステップが、第３のリード及び第４のリードを有す
る第２の熱電対を形成するステップを含む、前記（４
９）記載の方法。 （５１）前記第１のリード及び前記第４のリードが白金
／イリジウム金属組成から成り、前記第２のリード及び
前記第３のリードがクロムから成る、前記（５０）記載
の方法。 （５２）前記物質の裏面につながる第５のリードを形成
するステップを含み、前記第５のリード及び前記第１の
リードが、前記物質にかかる電圧を測定するために使用
される、前記（５０）記載の方法。 （５３）レーザ・ビームを反射し、前記プローブの前記
物質に対する相対位置を決定するリフレクタを形成する
ステップを含む、前記（４９）記載の方法。 （５４）前記プローブ・チップが円錐形状のプローブ・
チップとして形成される、前記（４９）記載の方法。 （５５）前記プローブ本体がカンチレバー・プローブ本
体として形成され、前記リフレクタが前記カンチレバー
・プローブ本体のたわみを決定するために使用される、
前記（５３）記載の方法。 （５６）前記プローブ本体がシリコンまたは窒化ケイ素
により形成される、前記（４９）記載の方法。 （５７）前記プローブ・チップが酸化ケイ素物質を含
む、前記（４９）記載の方法。 （５８）前記第１の熱電対を形成するステップ及び第２
の熱電対を形成するステップが、前記プローブ本体及び
前記プローブ・チップ上に第１の金属層を形成するステ
ップと、前記プローブ・チップの底部において、前記第
１の金属層の一部をエッチングするステップと、前記第
１の金属層上に酸化ケイ素層を形成するステップと、前
記プローブ・チップの先端において、前記酸化ケイ素層
をエッチングするステップと、前記酸化ケイ素層上に第
２の金属層を形成するステップと、前記プローブ・チッ
プの前記底部において、前記第２の金属層の一部をエッ
チングするステップとを含む、前記（５０）記載の方
法。 （５９）前記第１の金属層がクロムから成る、前記（５
８）記載の方法。 （６０）前記第２の金属層が白金／イリジウム金属組成
から成る、前記（５８）記載の方法。 （６１）前記プローブ本体上にヒータ線を形成するステ
ップを含む、前記（４９）記載の方法。 （６２）前記第１の温度センサ及び前記第２の温度セン
サの少なくとも一方がサーミスタである、前記（４９）
記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従うプローブを示す図である。
【図２】本発明に従うプローブの典型的な横断面図であ
る。
【図３】プローブの熱電対を示す典型的な回路図であ
る。
【図４】本発明に従い温度及び熱流較正を行うために使
用される量を示す図である。
【図５】本発明に従い較正を行う方法を示す図である。
【図６】本発明に従い較正を行う別の方法を示す図であ
る。
【図７】プローブの温度較正から得られた、プローブの
先端での電圧対温度の関係を示すグラフである。
【図８】プローブ・チップの熱流較正から得られた、θ
対温度差の関係を示すグラフである。
【図９】試験対象の物質のθ対電流の関係を示すグラフ
である。
【符号の説明】
１１０ カンチレバー基板 １２０ 第１のリード １３０ 第２のリード １４０ 第３のリード １４５ 第４のリード １６０ プローブ・チップ １８０ 酸化ケイ素

Claims (62)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】物質の熱電特性を測定する方法であって、 前記物質にわたって温度差を生成するステップと、 プローブにより、前記物質にかかる電圧を測定するステ
    ップと、 前記プローブの先端と前記プローブの底部との間の温度
    差を測定するステップと、 測定された前記温度差及び前記電圧にもとづき、少なく
    とも１つの熱電特性を計算するステップとを含む方法。
  2. 【請求項２】前記温度差を生成するステップが、前記物
    質の底部に設けられる熱電冷却器を使用して、前記物質
    を冷却するステップを含む、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】前記温度差を生成するステップが、前記プ
    ローブに関連付けられるヒータ線に高電流を流すステッ
    プを含む、請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】前記電圧を測定するステップが、前記プロ
    ーブの前記先端につながるリードと、前記物質の底部に
    つながるリードとを含む回路を通じて、電流を流すステ
    ップを含む、請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】前記温度差を測定するステップが、 前記プローブの前記先端に関連付けられる第１の熱電対
    にかかる第１の電圧を測定するステップと、 前記プローブの前記底部に関連付けられる第２の熱電対
    にかかる第２の電圧を測定するステップとを含む、請求
    項１記載の方法。
  6. 【請求項６】前記温度差が、前記先端における電圧と前
    記先端における温度との関係、及び前記プローブを横断
    する熱流と前記プローブにかかる前記温度差との関係に
    もとづき計算される、請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】前記少なくとも１つの熱電特性を計算する
    ステップが、熱伝導率とゼーベック係数との関係を決定
    するステップを含む、請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】前記熱伝導率とゼーベック係数との関係
    が、前記プローブの前記先端における電圧の関数として
    の正規化熱流と、前記物質にかかる電圧との比である、
    請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】前記少なくとも１つの熱電特性を計算する
    ステップが、正規化熱流がゼロの状態での、前記物質に
    かかる電圧と、前記物質に流れる電流と、前記プローブ
    の前記先端の温度と、前記物質の裏面の温度とにもとづ
    き、前記物質の抵抗の関係、及び前記物質のゼーベック
    係数の関係を決定するステップを含む、請求項１記載の
    方法。
  10. 【請求項１０】前記物質の抵抗の関係が、 【数１】Ｒ＋Ｒc＝[(Ｔt−Ｔb1)Ｖs2−(Ｔt−Ｔb2)
    Ｖs1]/[(Ｔt−Ｔb1)Ｉo2−(Ｔt−Ｔb2)Ｉo1] であり、ここでＲが前記物質の電気抵抗、Ｒcが前記プ
    ローブの前記先端と前記物質との電気接点の電気抵抗、
    Ｉo1が前記正規化熱流がゼロのときの、第１の冷却温度
    Ｔb1における電流、Ｖs1が前記第１の冷却温度において
    前記物質にかかる電圧、Ｉo2が前記正規化熱流がゼロの
    ときの、第２の冷却温度Ｔb2における電流、Ｖo2が前記
    第２の冷却温度において前記物質にかかる電圧、及びＴ
    tが前記プローブの前記先端における温度を示す、請求
    項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】ゼーベック係数の前記関係が 【数２】α＝（Ｉo2Ｖs1−Ｉo1Ｖs2）/[(Ｔt−Ｔb1)Ｉ
    o2−(Ｔt−Ｔb2)Ｉo1] であり、ここでＩo1が前記正規化熱流がゼロのときの、
    第１の冷却温度Ｔb1における電流、Ｖs1が前記第１の冷
    却温度において前記物質にかかる電圧、Ｉo2が前記正規
    化熱流がゼロのときの、第２の冷却温度Ｔb2における電
    流、Ｖo2が前記第２の冷却温度において前記物質にかか
    る電圧、及びＴtが前記プローブの前記先端における温
    度を示す、請求項９記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記少なくとも１つの熱電特性を計算す
    るステップが、前記物質のゼーベック係数、前記物質に
    かかる電圧降下、前記物質の裏面の温度、摂動電流、前
    記物質の電気抵抗、前記プローブの前記先端と前記物質
    との間の接点の電気抵抗、及び前記物質の熱伝導率にも
    とづき、前記物質の熱抵抗を計算するステップを含む、
    請求項１記載の方法。
  13. 【請求項１３】前記少なくとも１つの熱電特性を計算す
    るステップが、次の関係すなわち 【数３】Ｋ＝α2ｉ(Ｔb＋ΔＴs)/[ｉ(Ｒ＋Ｒc)−δＶ−
    (α/λ)δθ] にもとづき、前記物質の熱抵抗を決定するステップを含
    み、ここでαが前記物質のゼーベック係数、ｉが小電
    流、Ｔbが前記物質の背面の温度、ΔＴsが前記物質にか
    かる温度降下、Ｒが前記物質の電気抵抗、Ｒcが前記プ
    ローブの前記先端と前記物質との間の接点の電気抵抗、
    δＶが電圧変化、δθが正規化熱流の変化、及びλが前
    記物質の熱伝導率を示す、請求項１記載の方法。
  14. 【請求項１４】前記少なくとも１つの熱電特性を計算す
    るステップが、前記プローブの前記先端と前記物質との
    間の接点の電気抵抗を、ローレンツ数、前記物質の温
    度、及び前記接点における熱抵抗の関数として決定する
    ステップを含む、請求項１記載の方法。
  15. 【請求項１５】前記少なくとも１つの熱電特性を計算す
    るステップが、前記プローブの前記先端と前記物質との
    間の接点の電気抵抗を、次の関係すなわち 【数４】Ｒc＝Ｌ0Ｔs/Ｋc を用いて決定するステップを含み、ここでＬ0はローレ
    ンツ数、Ｔsは前記物質の温度、Ｋcは前記接点における
    熱抵抗である、請求項１記載の方法。
  16. 【請求項１６】前記プローブの先端と前記プローブの底
    部との間の温度差を測定するステップが、第１の温度セ
    ンサを用いて、前記前記プローブの前記先端の温度を測
    定するステップと、第２の温度センサを用いて、前記プ
    ローブの前記底部の温度を測定するステップとを含む、
    請求項１記載の方法。
  17. 【請求項１７】前記第１の温度センサ及び前記第２の温
    度センサの少なくとも一方が、熱電対またはサーミスタ
    のいずれかである、請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】物質の熱電特性を測定するコンピュータ
    可読媒体内のコンピュータ・プログラム製品であって、
    コンピュータを、 前記物質にわたって温度差を生成する第１の命令手段
    と、 プローブにより、前記物質にかかる電圧を測定する第２
    の命令手段と、 前記プローブの先端と前記プローブの底部との間の温度
    差を測定する第３の命令手段と、 測定された前記温度差及び前記電圧にもとづき、少なく
    とも１つの熱電特性を計算する第４の命令手段とを含む
    各手段を機能させるためのコンピュータ・プログラム製
    品。
  19. 【請求項１９】前記温度差を生成する第１の命令手段
    が、前記物質の底部に設けられる熱電冷却器を使用し
    て、前記物質を冷却する命令手段を含む、請求項１８記
    載のコンピュータ・プログラム製品。
  20. 【請求項２０】前記温度差を生成する第１の命令手段
    が、前記プローブに関連付けられるヒータ線に高電流を
    流す命令手段を含む、請求項１８記載のコンピュータ・
    プログラム製品。
  21. 【請求項２１】前記電圧を測定する第２の命令手段が、
    前記プローブの前記先端につながるリードと、前記物質
    の底部につながるリードとを含む回路を通じて、電流を
    流す命令手段を含む、請求項１８記載のコンピュータ・
    プログラム製品。
  22. 【請求項２２】前記温度差を測定する第３の命令手段
    が、 前記プローブの前記先端に関連付けられる第１の熱電対
    にかかる第１の電圧を測定する命令手段と、 前記プローブの前記底部に関連付けられる第２の熱電対
    にかかる第２の電圧を測定する命令手段とを含む、請求
    項１８記載のコンピュータ・プログラム。
  23. 【請求項２３】前記温度差が、前記先端における電圧と
    前記先端における温度との関係、及び前記プローブを横
    断する熱流と前記プローブにかかる前記温度差との関係
    にもとづき計算される、請求項２２記載のコンピュータ
    ・プログラム製品。
  24. 【請求項２４】前記少なくとも１つの熱電特性を計算す
    る第４の命令手段が、熱伝導率とゼーベック係数との関
    係を決定する命令手段を含む、請求項１８記載のコンピ
    ュータ・プログラム製品。
  25. 【請求項２５】前記熱伝導率とゼーベック係数との関係
    が、前記プローブの前記先端における電圧の関数として
    の正規化熱流と、前記物質にかかる電圧との比である、
    請求項２４記載のコンピュータ・プログラム製品。
  26. 【請求項２６】前記少なくとも１つの熱電特性を計算す
    る第４の命令手段が、正規化熱流がゼロの状態での、前
    記物質にかかる電圧と、前記物質に流れる電流と、前記
    プローブの前記先端の温度と、前記物質の裏面の温度と
    にもとづき、前記物質の抵抗の関係、及び前記物質のゼ
    ーベック係数の関係を決定する命令手段を含む、請求項
    １８記載のコンピュータ・プログラム製品。
  27. 【請求項２７】前記少なくとも１つの熱電特性を計算す
    る第４の命令手段が、前記物質のゼーベック係数、前記
    物質にかかる電圧降下、前記物質の裏面の温度、摂動電
    流、前記物質の電気抵抗、前記プローブの前記先端と前
    記物質との間の接点の電気抵抗、及び前記物質の熱伝導
    率にもとづき、前記物質の熱抵抗を計算する命令手段を
    含む、請求項１８記載のコンピュータ・プログラム製
    品。
  28. 【請求項２８】前記少なくとも１つの熱電特性を計算す
    る第４の命令手段が、前記プローブの前記先端と前記物
    質との間の接点の電気抵抗を、ローレンツ数、前記物質
    の温度、及び前記接点における熱抵抗の関数として決定
    する命令手段を含む、請求項１８記載のコンピュータ・
    プログラム製品。
  29. 【請求項２９】物質の熱電特性を測定する装置であっ
    て、 前記物質にわたって温度差を生成する手段と、 前記物質にかかる電圧を測定し、プローブの先端と該プ
    ローブの底部との間の温度差を測定するプローブとを含
    み、測定された前記温度差及び前記電圧にもとづき、少
    なくとも１つの熱電特性を決定する装置。
  30. 【請求項３０】前記少なくとも１つの熱電特性を決定す
    るコンピュータを含む、請求項２９記載の装置。
  31. 【請求項３１】前記少なくとも１つの熱電特性が、熱伝
    導率とゼーベック係数との関係を用いて決定される、請
    求項３０記載の装置。
  32. 【請求項３２】前記少なくとも１つの熱電特性が、正規
    化熱流がゼロの状態での、前記物質にかかる電圧と、前
    記物質に流れる電流と、前記プローブの前記先端の温度
    と、前記物質の裏面の温度とにもとづく、前記物質の抵
    抗の関係、及び前記物質のゼーベック係数の関係にもと
    づき決定される、請求項３０載の装置。
  33. 【請求項３３】前記プローブが、該プローブの前記先端
    の温度を測定する第１の温度センサと、該プローブの前
    記底部の温度を測定する第２の温度センサとを含む、請
    求項２９記載の装置。
  34. 【請求項３４】前記第１の温度センサ及び前記第２の温
    度センサの少なくとも一方が、熱電対またはサーミスタ
    のいずれかである、請求項３３記載の装置。
  35. 【請求項３５】物質の熱電特性を測定するプローブであ
    って、 プローブ本体と、 前記プローブ本体上に形成されるプローブ・チップと、 前記プローブ・チップの先端に配置される第１の温度セ
    ンサと、 前記プローブ・チップの底部に配置される第２の温度セ
    ンサとを含み、前記第１及び第２の温度センサにおいて
    測定される温度が、前記物質の熱電特性を決定するため
    に使用されるプローブ。
  36. 【請求項３６】前記第１の温度センサが第１のリード及
    び第２のリードを含む第１の熱電対であり、前記第２の
    温度センサが第３のリード及び第４のリードを含む第２
    の熱電対である、請求項３５記載のプローブ。
  37. 【請求項３７】前記第１のリード及び前記第４のリード
    が白金／イリジウム金属組成から成り、前記第２のリー
    ド及び前記第３のリードがクロムから成る、請求項３６
    記載のプローブ。
  38. 【請求項３８】前記物質の裏面につながる第５のリード
    を含み、前記第５のリード及び前記第１のリードが、前
    記物質にかかる電圧を測定するために使用される、請求
    項３６記載のプローブ。
  39. 【請求項３９】レーザ・ビームを反射し、前記プローブ
    の前記物質に対する相対位置を決定するリフレクタを含
    む、請求項３５記載のプローブ。
  40. 【請求項４０】前記プローブ・チップが円錐形状のプロ
    ーブ・チップである、請求項３５記載のプローブ。
  41. 【請求項４１】前記プローブ本体がカンチレバー・プロ
    ーブ本体であり、前記リフレクタが前記カンチレバー・
    プローブ本体のたわみを決定するために使用される、請
    求項３９記載のプローブ。
  42. 【請求項４２】前記プローブ本体がシリコンまたは窒化
    ケイ素により形成される、請求項３５記載のプローブ。
  43. 【請求項４３】前記プローブ・チップが酸化ケイ素コー
    ンを含む、請求項３５記載のプローブ。
  44. 【請求項４４】前記第１の熱電対が、 前記プローブ本体及び前記プローブ・チップ上に形成さ
    れ、前記プローブ・チップの底部においてエッチングさ
    れる第１の金属層と、 前記第１の金属層上に形成される酸化ケイ素層と、 前記酸化ケイ素層上に形成され、前記プローブ・チップ
    の前記底部においてエッチングされる第２の金属層とを
    含む、請求項３６記載のプローブ。
  45. 【請求項４５】前記第２の熱電対が、 前記プローブ本体及び前記プローブ・チップ上に形成さ
    れる第１の金属層と、 前記第１の金属層上に形成され、前記プローブ・チップ
    の先端においてエッチングされる酸化ケイ素層と、 前記酸化ケイ素層上に形成される第２の金属層とを含
    む、請求項３６記載のプローブ。
  46. 【請求項４６】前記第１の金属層がクロムから成り、前
    記第２の金属層が白金／イリジウム金属組成から成る、
    請求項４４または請求項４５に記載のプローブ。
  47. 【請求項４７】前記プローブ本体上にヒータ線を含む、
    請求項３５記載のプローブ。
  48. 【請求項４８】前記第１の温度センサ及び前記第２の温
    度センサの少なくとも一方がサーミスタである、請求項
    ３５記載のプローブ。
  49. 【請求項４９】物質の熱電特性を測定するプローブを形
    成する方法であって、 プローブ本体を形成するステップと、 前記プローブ本体上に形成されるプローブ・チップを形
    成するステップと、 前記プローブ・チップの先端に配置される第１の温度セ
    ンサを形成するステップと、 前記プローブ・チップの底部に配置される第２の温度セ
    ンサを形成するステップとを含み、前記第１の熱電対及
    び前記第２の熱電対において測定される電圧が、前記物
    質の熱電特性を決定するために使用される方法。
  50. 【請求項５０】前記第１の温度センサを形成するステッ
    プが、第１のリード及び第２のリードを有する第１の熱
    電対を形成するステップを含み、前記第２の温度センサ
    を形成するステップが、第３のリード及び第４のリード
    を有する第２の熱電対を形成するステップを含む、請求
    項４９記載の方法。
  51. 【請求項５１】前記第１のリード及び前記第４のリード
    が白金／イリジウム金属組成から成り、前記第２のリー
    ド及び前記第３のリードがクロムから成る、請求項５０
    記載の方法。
  52. 【請求項５２】前記物質の裏面につながる第５のリード
    を形成するステップを含み、前記第５のリード及び前記
    第１のリードが、前記物質にかかる電圧を測定するため
    に使用される、請求項５０記載の方法。
  53. 【請求項５３】レーザ・ビームを反射し、前記プローブ
    の前記物質に対する相対位置を決定するリフレクタを形
    成するステップを含む、請求項４９記載の方法。
  54. 【請求項５４】前記プローブ・チップが円錐形状のプロ
    ーブ・チップとして形成される、請求項４９記載の方
    法。
  55. 【請求項５５】前記プローブ本体がカンチレバー・プロ
    ーブ本体として形成され、前記リフレクタが前記カンチ
    レバー・プローブ本体のたわみを決定するために使用さ
    れる、請求項５３記載の方法。
  56. 【請求項５６】前記プローブ本体がシリコンまたは窒化
    ケイ素により形成される、請求項４９記載の方法。
  57. 【請求項５７】前記プローブ・チップが酸化ケイ素物質
    を含む、請求項４９記載の方法。
  58. 【請求項５８】前記第１の熱電対を形成するステップ及
    び第２の熱電対を形成するステップが、 前記プローブ本体及び前記プローブ・チップ上に第１の
    金属層を形成するステップと、 前記プローブ・チップの底部において、前記第１の金属
    層の一部をエッチングするステップと、 前記第１の金属層上に酸化ケイ素層を形成するステップ
    と、 前記プローブ・チップの先端において、前記酸化ケイ素
    層をエッチングするステップと、 前記酸化ケイ素層上に第２の金属層を形成するステップ
    と、 前記プローブ・チップの前記底部において、前記第２の
    金属層の一部をエッチングするステップとを含む、請求
    項５０記載の方法。
  59. 【請求項５９】前記第１の金属層がクロムから成る、請
    求項５８記載の方法。
  60. 【請求項６０】前記第２の金属層が白金／イリジウム金
    属組成から成る、請求項５８記載の方法。
  61. 【請求項６１】前記プローブ本体上にヒータ線を形成す
    るステップを含む、請求項４９記載の方法。
  62. 【請求項６２】前記第１の温度センサ及び前記第２の温
    度センサの少なくとも一方がサーミスタである、請求項
    ４９記載の方法。
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