半导体热电材料温差电动势率的测试装置及测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于半导体热电材料热电性能测试领域。
【背景技术】
[0002] 温差电动势率是半导体热电材料的重要热电参数之一。由于半导体热电材料的温 差电动势率测量原理简单，目前的测量方法和测试装置相对比较成熟。然而，温差电动势率 的测量在测试效率、设备简化和测量精度方面还有待提高。
[0003] 传统的测试方法在温差的精确控制方面存在技术困难，需要在高温端加热源而在 冷端通循环水的方式来完成，一方面要实现快速测试会造成温度漂移较大，从而温度控制 难度增加，同时由于循环水系统的加入会造成测试设备体积增大、结构复杂，不但增加了设 备成本而且也增大了设备的故障率。此外，传统的测试方式无法消除测试电极和测试导线 温差电效应引入的测试误差，无法获得较高的测量精度。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了解决现有的半导体热电材料的温差电动势率测试过程繁琐、测试精 度不高、测试效率低及测试系统复杂、制造成本高昂的问题，提出了半导体热电材料温差电 动势率的测试装置及测试方法。
[0005] 半导体热电材料温差电动势率的测试装置，它包括样品夹持装置、数字电压表、数 显恒流源、直流稳压电源U、检流计、可变电阻R1、标准电阻R0、电阻R2、单刀单掷开关K1、单 刀单掷开关K7、触碰式开关K4、触碰式开关K5、双刀单掷开关K6、双刀双掷选择开关K2、双 刀双掷转向开关K3 ;
[0006] 样品夹持装置包括上电极、下电极、热电偶和加热器；加热器位于上电极的上方， 热电偶分别嵌固在上电极的上表面和下电极的下表面；上电极和下电极之间用于夹持样 品；
[0007] 标准电阻R0包括一对上下输入端和一对上下输出端；可变电阻R1的一端连接单 刀单掷开关K7的动端；单刀单掷开关K7的静端连接直流稳压电源U的负极；直流稳压电 源U的正极连接标准电阻R0的下输入端；标准电阻R0的上输入端连接可变电阻R1的另一 端；
[000引数显恒流源的输出端连接双刀单掷开关K6的静端；双刀单掷开关K6的一个动端 同时连接电阻R2的一端和单刀单掷开关K4的静端；双刀单掷开关K6的另一个动端同时连 接单刀单掷开关K5的静端和加热器的一个连接端；电阻R2的另一端同时连接单刀单掷开 关K4的动端、单刀单掷开关K5的动端和加热器的另连接端；
[0009] 双刀双掷选择开关K2的左侧静端为标准端；双刀双掷选择开关K2的右侧静端为 测试端；所述标准端分为上标准端和下标准端；所述测试端分为上测试端和下测试端；双 刀双掷选择开关K2的动端分为上动端和下动端；
[0010] 双刀双掷转向开关K3的左侧静端为左端；双刀双掷转向开关K3的右侧静端为右 端；
[0011] 上电极的输出端连接双刀双掷选择开关K2的上测试端；下电极的输出端连接双 刀双掷选择开关K2的下测试端；双刀双掷选择开关K2的上标准端同时标准电阻R0的上输 出端和热电偶的输出端；双刀双掷选择开关K2的下标准端同时连接标准电阻R0的下输出 端和单刀单掷开关K1的动端；
[0012] 双刀双掷选择开关K2的动端连接双刀双掷转向开关K3的动端；双刀双掷转向开 关K3的左端和右端串联，且右端连接数字电压表的输入端；
[0013] 单刀单掷开关K1的静端连接检流计的一端，检流计的另一端连接热电偶的另一 个输出端。
[0014] 基于半导体热电材料温差电动势率的测试装置的测试方法，该测试方法包括下述 步骤：
[0015] 步骤一、将标准样品放置在样品夹持装置中的两个电极之间；
[0016] 单刀单掷开关K1、单刀单掷开关K7、单刀单掷开关K4、单刀单掷开关K5、双刀单掷 开关K6、双刀双掷选择开关K2、双刀双掷转向开关K3均维持断开状态；打开数字电压表、数 显恒流源和检流计，10分钟后对数字电压表、数显恒流源和检流计进行调零；调整可变电 阻R1至最大阻值；
[0017] 步骤二、标定标准电压；将上夹持部件中的电极置于20°C恒温水内加热至20°C， 将下夹持部件中的电极置于40°C恒温水内加热至40°C ;闭合双刀双掷选择开关K2至测试 端，闭合双刀双掷转向开关K3接通数字电压表；数字电压表上显示的电压标定为标准电压 V。;断开双刀双掷选择开关K2和双刀双掷转向开关K3 ;
[001引步骤=、获取标准测试温差；闭合双刀双掷选择开关K2至标准端；闭合双刀双掷 转向开关K3至左端，闭合单刀单掷开关K7,调节可变电阻R1的阻值使数字电压表上显示的 电压值等于步骤二中的标准电压V。；
[0019] 闭合单刀单掷开关K1接通检流计；闭合双刀单掷开关K6接通数显恒流源为加热 器供电，检流计发生漂移；调整数显恒流源的输出电流对检流计调零；当检流计为零时，此 时数字电压表上显示值为标准电压V。，即上夹持部件中的电极和下夹持部件中的电极之间 的温差为at = 20°C，该温差即为标准测试温差AT ;
[0020] 步骤四、取下标准样品，将待测样品放置在样品夹持装置中的两个电极之间；闭合 双刀双掷选择开关K2至测试端，读取数字电压表的数值，该数值即为正向温差电动势Ui; 闭合双刀双掷转向开关K3至右端，读取数字电压表的数值，该数值即为反向温差电动势 也
[0021] 步骤五、对步骤四中的正向温差电动势Ui和反向温差电动势U2均取平均值，即 根据温差电动势率a的公式得到温差电动势率。 2 AT
[0022] 有益效果；本发明通过对半导体热电材料温差电动势率的测试装置的操作，实现 了对半导体热电材料温差电动势率的测量，该装置结构简单、成本低廉、操作简便，且过程 简练，标准电压的标定和标准温差的获取过程不仅简单，而且获取的值误差较小，为获得温 差电动势率的较高精度提供了有力保障。该装置结构简单、测试方法过程简便保证了较高 的测试效率。相比现有的温差电动势率的测试方法，测试精度提高了 3%W上，测试效率提 高了 5% W上，同时大幅降低了测试装置的制造成本。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明所述的半导体热电材料温差电动势率的测试装置的结构示意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0024] 一、参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的半导体热电 材料温差电动势率的测试装置，它包括样品夹持装置、数字电压表4、数显恒流源6、直流稳 压电源U、检流计5、可变电阻R1、标准电阻R0、电阻R2、单刀单掷开关K1、单刀单掷开关K7、 触碰式开关K4、触碰式开关K5、双刀单掷开关K6、双刀双掷选择开关K2、双刀双掷转向开关 K3 ；
[0025] 样品夹持装置包括上电极2、下电极7、热电偶3和加热器1 ;加热器1位于上电极 2的上方，热电偶3分别嵌固在上电极2的上表面和下电极7的下表面；上电极2和下电极 7之间用于夹持样品；
[0026] 标准电阻R0包括一对上下输入端和一对上下输出端；可变电阻R1的一端连接单 刀单掷开关K7的动端；单刀单掷开关K7的静端连接直流稳压电源U的负极；直流稳压电 源U的正极连接标准电阻R0的下输入端；标准电阻R0的上输入端连接可变电阻R1的另一 端；
[0027] 数显恒流源6的输出端连接双刀单掷开关K6的静端；双刀单掷开关K6的一个动 端同时连接电阻R2的一端和单刀单掷开关K4的静端；双刀单掷开关K6的另一个动端同时 连接单刀单掷开关K5的静端和加热器1的一个连接端；电阻R2的另一端同时连接单刀单 掷开关K4的动端、单刀单掷开关K5的动端和加热器2的另一个连接端；
[002引双刀双掷选择开关K2的左侧静端为标准端；双刀双掷选择开关K2的右侧静端为 测试端；所述标准端分为上标准端和下标准端；所述测试端分为上测试端和下测试端；双 刀双掷选择开关K2的动端分为上动端和下动端；
[0029] 双刀双掷转向开关K3的左侧静端为左端；双刀双掷转向开关K3的右侧静端为右 端；
[0030] 上电极2的输出端连接双刀双掷选择开关K2的上测试端；下电极7的输出端连接 双刀双掷选择开关K2的下测试端；双刀双掷选择开关K2的上标准端同时标准电阻R0的上 输出端和热电偶3的输出端；双刀双掷选择开关K2的下标准端同时连接标准电阻R0的下 输出端和单刀单掷开关K1的动端；
[0031] 双刀双掷选择开关K2的动端连接双刀双掷转向开关K3的动端；双刀双掷转向开 关K3的右端连接数字电压表4的输入端；
[0032] 单刀单掷开关K1的静端连接检流计5的一端，检流计5的另一端连接热电偶3的 另一个输出端。
[0033] 本实施方式中，本发明所述的装置，结构简单、成本低。热电偶3为一根热电偶，同 时嵌固在上电极2的上表面和下电极7的下表面。
【具体实施方式】 [0034] 二、本是对一所述的半导体热电材料温 差电动势率的测试装置的进一步说明，本实施方式中，所述电极2为铜电极。
【具体实施方式】 [0035] =、本是对一所述的半导体热电材料温 差电动势率的测试装置的进一步说明，本实施方式中，所述加热器1为半导体热电器件。
【具体实施方式】 [0036] 四、基于一所述的半导体热电材料温