半导体制冷器的器件电阻测试方法

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第2期计测NO2l990年6月METROLOGYANDMEASUREMENTJun．，l990半导体制冷器的器件电阻测试方法高同敏剪(昆明物理研究所)(滴耍]鉴于半导体制冷器的器件电阻在器件性能及制造工艺研究中的重要意义。以及目前尚未见到过有关测试方法的任何报道，本文将对我们近来建立的两种测量方法和装置作个简要的介绍．一日I喜、、，1日二一、交父流测量法半导体制冷器的器件电阻是评价制冷器众所周知，Peltier效应产生的温差随性能的参数之一，在制冷器制造工艺中进

2、行电流方向的改变而改变。因此，要避免器件质量监控，以及可靠性研究等方面具有特别电阻测量过程中在器件两端产生的温差，可的重要性n]。然而，由于半导体制冷器中以通过不断地改变电流方向而实现，即采用存在着明显的Seebeck效应和Peltier效应，交流信号。显然，交流信号的频率必须大于加之器件电阻通常又较小(几欧姆左右)，温差对电流的时间响应。此外，由于温差的采用常规的欧姆计是难以准确确定的。常规大小和时间响应与电流大小有关，所以测试测量方法的致命缺点在于，当有定向电流通中应采用尽可能小的信号。图l示出了这种入被

3、测器件后，不可避免地将在器件两端建交流测量装置的方框图。测量所需的交流小·立起一个温差△T，这个温差反过来又会产信号由一个信号发生器提供，频率在1000Hz生一个Seebeck电势，使得测量不能反映器查信号的大小可以通过可调电阻R加}、薹．．．．一一一·，．·一。．．件的真实电阻。很显然，要对器件进行可靠一婴墼。般选择在几个毫安(或几个毫伏)!：-·．。．．⋯⋯?地测量，一个明显而直接的手段就是采用交～流信号进行测量，从而可以避免在制冷器两信号端建立温差，以消除Seebeck电势的影响。当然，消除Seebec

4、k电势的影响，也可以通发生嚣过直流信号进行测量，尔后再对测量数据进行适当的数学处理而实现。下文就将分别对这两种测量方法个简要的介绍和比较。1、交流测量共置框图，R为被测器件电阻维普资讯http://www.cqvip.com的范围内。这样，若直接采用交流电流和电其中，nt和△Tt分别表示k级制冷器的第i级压表测量这种小信号，引入的误差较大。所匕唤有的温差电偶对数和降落在该级L的温k以要保证测量的准确可靠，就需要对信号进差，且n=：=∑ni。在方程(3)中，~：pATi行放大。若经放大岳的信号的电压和电流均J1

5、方根值分别为v，和i，那么被测的器件是电流I的函数，所以我们将之变换如下电阻值就为：VT一===一一————一·R+R=v／i(1)kk2∑niAT2∑nt△Ti还需注意的是，由于制冷器的器件电阻通常I=lI—l很小，所以被测的电压信号必须从被测器件(4)最邻近的两端取}if。否则，电流放大器的内阻可能会引入较大的误差。电流放大器和电压通常，在制冷器的工作温差范围肉．R和放大器的放大倍数也必须相同或准确已知，均可以视为常数。这样，方程(4)表明：否则测量毫无意义。只要测量出一组电压V、电流I关系，以及我们采用

6、这个交流测量装置分别对上海相应的制冷器各级温度分布，那么，器件的航腻电器厂的一级制冷器(简称为SH127—电阻值R和平均塞贝克罨数口就可以通过作2)，以及美国MariOwIadustries的四级kkvp．∑n△Tt～I／2∑nt△T；的关系图而求制冷器MI4012和Cambion公司的四级制冷器CB4061进行了测量，其结果列于表l中。出。其中R就是直线的斜率，而口就是在kv／2∑nt△T轴上的截距。对于一级制冷R矗jCA’)IIls；：7-2IH1{oi70．；{$~f27-2lHI4a12：t^∈j交流

7、：2．5jiO．90S：矗流；毒2411006f70lIgO{80三、直流测量法由一对温差电偶组成的制器的电压V与电I的关系为[2]V—IR-}-2~~T(2)式中：AT为温差，是温差电偶臂的平均Seebeck系数，R是制冷器的器件电阻。显然，利用逭个关系式，我们不难导出一个由I1对温差电偶捐互串联而构成的多级制冷器的V—I关系，-．一kV=IR+2anATi(3)，￡)ii‘t×f0一{)图2，半导体制冷器的V／2∑，、一I／2∑关系·12·维普资讯http://www.cqvip.com器，方程(4)可简

8、化为时还能确定器件的平均Seebeck系数，它对于制冷器性能和制造工艺的评价也是一个2nAT：一2nA～T．。Rl+。1一u(、D)，有用的参量。当然，也必须指出，由于这种我们也采用这种方法对上述三个制冷器进行方法是在温差存在的条件下进行的，因此，了测量，其结果是如图2所示。为了对比起所测得的值是在某一温度范围内的平均值。见，该结果也列于表1中。对于多级制冷器，这个平均值的情况就更为复杂。幸好，在制