Главная  Пленочные термоэлементы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [ 23 ] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

<начительная толщина пленочного образца и пластинки с электродами обеспечивают параллельность изотерм. Поэтому можно считать, что распределение температуры вдоль образца такое же, как вдоль пластин 7, 2, Измерение температуры по длине пластин 1 и 2 показало постоянство значения градиента температуры во всех точках этих пластин, а следовательно, и измеряемого образца. Средняя температура измеряется с помощью термопары S, зачеканенной в среднюю часть нижней пластины 7. Для измерения температурного градиента в пластину 1 зачеканены две термопары 7, 9 на расстоянии 15-20 мм, включенные между собой дифференциально. При исследованиях температурных зависимостей кинетических коэффициентов устройство помещается в крио-стат (см. рис. 1.5, б), представляющий собой откачиваемый объем со съемным кожухом 26, Нижняя пластина 1 описанного устройства соединена с помощью отвода 10 с дном 18 емкости 19, в которую заливается охлаждающая жидкость. Для получения максимального охлаждения на образце пластина 1, отвод 10 и дно 18 выполнены в виде единой детали из меди. Криостат помещается между полюсами магнита. Такой криостат позволяет, не вынимая образца, проводить измерения в интервале 10-600 К. При 10- 77 К в емкость 19 заливается жидкий гелий, а в экранную емкость 20 - жидкий азот, при более высоких температурах в обе емкости заливается жидкий азот.

При каждой фиксированной температуре, которая задается с помощью нагревателя 25, намотанного на теплоотвод 10, измерение кинетических коэффициентов производится в двух режимах. В первом, при выключенном градиентном нагревателе 6, намотанном на теплоотвод 5, измеряются следующие эффекты:

1) удельное сопротивление (по электродам 15 и 17 через образец пропускают ток и с помощью электродов 12 и 14 компенсационным методом измеряется сигнал Fp);

2) магнитосопротивление (то же, что и в п. 1, но измеряют разность сигналов при включенном и выключенном магнитном поле);

3) коэффициент Холла (при измерении эффекта Холла на образцах с высокой концентрацией и невысокой подвижностью, характерной для термоэлектрических материалов). Обычное использование двух холловских зондов часто приводит к тому, что сигнал неэквипотенциальности зондов Унэ оказывается сравним и даже больше холловского сигнала V* Для снижения паразитного сигнала используются зонды 12, 14 и 16, К зондам 12 и 14 подключают делитель напряжения, регулировкой которого добиваются снижения сигнала до необходимого уровня. Ток пропускается так же, как и в п. 1. F вычисляется из алгебраической суммы сигналов, измеренных при двух полярностях магнитного поля и тока.

Во втором режиме при включенном электронагревателе 6, который создает градиент температуры вдоль образца, измеряются следующие эффекты:



1) термо-ЭДС Va измеряется компенсационным методом между электродами 12 и 14\

2) магнитотермо-ЭДС (продольный ЭНЭ) (то же, что и в п. 1, только измеряется разность сигналов при включенном и выключенном магнитных полях);

3) ЭДС поперечного ЭНЭ. Vq измеряется между электродами 13 и 16 при двух полярностях магнитного поля.

С помощью описанного устройства выполнены широкие исследования пленочных термоэлектрических материалов (см. далее гл. 3).

Влияние механических деформаций на электрофизические свойства. Исследования электрофизических свойств полупроводников в условиях механической деформации представляют значительный интерес как научный, так и практический. Они дают информацию об энергетическом спектре электронов, о связи его характеристик с симметрией кристаллической структуры, с величиной межатомных расстояний. Сильные деформации позволяют в широких пределах управлять электрофизическими свойствами материалов, особенно узкозонных, осуществлять полиморфные превращения с кардинальными изменениями свойств, например, переходы металл - диэлектрик.

Большинство исследований проводится в условиях механической деформации одного какого-либо вида, чаще Btero в условиях гидростатического сжатия или одноосных напряжений [47]. При гидростатическом сжатии тензор механических напряжений в исследуемом образце имеет диагональный вид, причем компоненты по всем осям равны между собой. Для изотропных материалов тензор деформации также изотропен. Эти эксперименты осуществляются в камерах высокого давления, заполненных жидкостью (см., например, [48]), позволяя достигать напряжений, не превышающих обычно 15 кбар. Более высокие давления достигаются в устройствах, реализующих гидростатические условия лишь приближенно (квазигидростатика). В одном из них - устройстве типа наковален Бриджмена,- показанном на рис. 1.6, достигаются напряжения, превышающее 100 кбар. Здесь роль камеры высокого давления играют наковальни и помещенное между ними запорное кольцо из пластичного материала с высоким коэффициентом внутреннего трения, например, пирофилита - типографского камня. При сближении наковален запорное кольцо сплющивается и не позволяет вытекать из рабочей полости пластичному веществу, через которое усилие передается исследуемому образцу. Характер механических напряжений в последнем более сложный, чем в условиях гидростатического сжатия.

Напряжения, близкие к одноосному, обычно реализуются при растяжении или сжатии длинных стержней. Величина достигаемых деформаций (не более 0,01%) ограничивается прочностью образцов и, как правило, меньше для деформации сжатия. В [49] исследуемый образец помещался в цилиндрическую обойму с высоким модулем упругости. При сжатии этого устройства в



"-

Рис. 1.6. Наковальни Бриджмена

1 - верхняя наковальня,

2 ~ исследуемый образец,

3 - запорное кольцо,

4 - нижняя наковальня,

5 ~ вещество, передающее

давление


Рис. 1.7. Устройство для исследования плоско-напряженного состояния в пленках

1 - пластина, 2 - подложка, 5 - исследуемый образец, 4 - пружина, 5 - градиентный нагреватель, 6 - микрометрический винт, 7 - полюса электромагнита

камере высокого давления деформация образца близка к одноосной и достигает величины порядка 0,1%.

Известен также способ исследования тензоэффектов путем закрепления образца на балке, которая подвергается изгибу. Деформация здесь более сложная, чем одноосная.

Большинство указанных выше методов может быть использовано для исследования как объемных кристаллов, так и тонких пленок на подложке.

Ниже приводятся описание двух устройств, широко использовавшихся для исследования деформационных эффектов в пленках термоэлектрических материалов. Первое из них - типа балки - позволяет исследовать термоэлектрические, гальвано- и термомагнитные эффекты в условиях плосконапряженного состояния [501; второе - те же эффекты в условиях, близких к одноосной деформации [51]. Суш;ественно, что в обоих устройствах благодаря специфической геометрии образцов (тонкие пленки) удается достичь высоких упругих деформаций (до 5-6% во втором из них).

Устройство для исследования влияния плосконапряженного состояния. Схематическое изображение измерительной ячейки представлено на рис. 1.7. Она состоит из консольно закрепленнок упругой пластины 7, изгибаемой с помощью микрометрического винта 6 и пружины 4. К пластине приклеивается подложка 2 с пленкой 5. Токоведущие и измерительные электроды изготавливаются из пружинящих проволок, прижимаемых к металлическим полоскам, напыленным на исследуемую пленку (на рисунке



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [ 23 ] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

0.0015