Введение
В данной инструкции по применению рассматривается анализ материала BiTeSe с помощью прибора SBA 458 Nemesis® (рис. 1). SBA 458 позволяет измерять как коэффициент Зеебека, так и электропроводность BiTeSe с высокой воспроизводимостью и точностью измерений. Это продемонстрировано на многочисленных примерах измерений в следующих разделах. Кроме того, даются полезные рекомендации по настройке параметров измерения.
Дизайн SBA 458 Nemesis®
С помощью SBA 458 Nemesis® можно одновременно измерять коэффициент Зеебека и электропроводность. На рисунке 2 показана схема устройства SBA 458. Образец лежит горизонтально на подставке для образца. Слева и справа в керамической подставке для образца расположены нагреватели, с помощью которых можно создать градиент температуры в обоих направлениях образца. Термопары расположены под нижней поверхностью образца. Они измеряют термоэлектрическое напряжение, создаваемое градиентом температуры. На основании этого можно рассчитать коэффициент Зеебека. Рядом с термопарами под нижней поверхностью образца расположены электрические контакты, через которые в образец подается ток. Результирующее напряжение измеряется с помощью ножек термопары. Используя эту информацию вместе с функциями коррекции геометрии образца, можно рассчитать электропроводность.
Ключевые особенности программы SBA 458 Nemesis®
SBA 458 Nemesis® имеет ряд ключевых особенностей, которые будут кратко рассмотрены ниже. Для получения подробного описания отдельных условий наш торговый представитель будет рад помочь вам.
Измерить и подключить
С помощью SBA 458 можно измерять образцы различной геометрии. К ним относятся круглые образцы, стержневые образцы, тонкие слои, покрытия и типичные образцы LFA. Замена образцов - это быстрая и несложная процедура. Громоздкие интервальные измерения или другие сложные этапы работы исключены.
Прочная система
Оболочка термопар (тип K, инконелевое покрытие) предотвращает реакцию или загрязнение образца и термопары. Кроме того, термопары и электрические контактные площадки зафиксированы. Это исключает возможность смещения положения термопар и, как следствие, нарушения измерений. Это также позволяет легко заменять термопары и электрические контактные площадки.
Проверка качества
Как при измерении электропроводности, так и при определении коэффициента Зеебека можно провести проверку качества. Таким образом, перед каждым измерением и каждым температурным шагом можно определить, является ли измеренное значение правильным, или, например, проблемы с контактами между образцом и термопарами или другие проблемы могли привести к фальсификации измерения. Это позволяет достичь высокой точности измерений.
Свойства и области применения BiSeTe
Теллурид висмута относится к группе теллуридов. Это серый порошок, также известный как теллурид бимута(III). Он относится к категории полупроводников и может быть легирован сурьмой или селеном. В данном случае использовались образцы BiSeTe с химическим составом Bi2Se0,25Te2,75. Эти образцы имеют плотность 7,8 г/см³ (стержневые образцы) и 7,82 г/см³ (круглые образцы), соответственно, и являются термоэлектриками типа N.
На рисунке 3 показаны коэффициенты полезного действия трех материалов - BiTe, PbTe и SiGe. Видно, что BiTe демонстрирует свой максимум в основном в нижнем диапазоне температур, поэтому именно там он и применяется. Например, BiSeTe используется для охлаждения мобильных кулеров.
Измерения на BiSeTe с помощью прибора SBA 458
Повторяемость
Коэффициент Зеебека и электропроводность BeSeTe могут быть измерены с высокой повторяемостью с помощью SBA 458. Для определения повторяемости образец многократно измеряется в одних и тех же условиях, т.е. с одними и теми же параметрами измерения. После каждого измерения образец вынимается и вставляется новый. В качестве примера для образца BiSeTe на рисунках 4 и 5 показаны семь измерений коэффициента Зеебека и электропроводности для образца BiSeTe с размерами 3 x 1 x 15 (ш x в x д). Повторяемость измерений составила ± 2 % для измерения коэффициента Зеебека и ± 1,5 % для измерения электропроводности. Эти значения могут быть подтверждены при измерении других образцов BiSeTe (т.е. других геометрий), а также при измерении на других приборах SBA 458.
Воспроизводимость
С помощью SBA 458 можно измерять образцы BiSeTe с высокой воспроизводимостью коэффициента Зеебека и электропроводности. Эта высокая воспроизводимость не зависит от различий в геометрии образцов, количества образцов large или проведения измерений с помощью разных приборов SBA 458.
В качестве примера можно привести измерения двух образцов BiSeTe с различной геометрией. Для этого теста были доступны стержневой образец размером 3 x 1 x 15 мм (ш x в x д) и стержневой образец диаметром 12,5 x 1 мм. Оба образца были измерены по три раза и сравнены значения коэффициента Зеебека и электрической величины. В результате воспроизводимость измерений коэффициента Зеебека и электропроводности составила ± 2 %.
Рекомендации по выбору подходящих параметров измерения
Все представленные здесь измерения SBA 458 проводились в азоте с потоком газа 50 мл/мин. Кроме того, в качестве параметров измерения были выбраны максимальный ток инжекции 0,01 А и напряжение нагревателя 8 В. Эти параметры оказались подходящими для используемых геометрий образцов (стержневой образец 3 x 1 x 15 мм, круглый образец диаметром 12,5 x 1 мм).
selectПоскольку параметры измерения частично зависят от материала и геометрии образца, ниже будут приведены некоторые советы и рекомендации по выбору подходящих параметров измерения. К ним относится напряжение нагревателя, при котором создается градиент температуры в обоих направлениях образца. Кроме того, следует selectподходящее значение максимального тока, вводимого в образец, для измерения электропроводности. Кроме того, будет показано, какие газы подходят для измерения образцов BiSeTe.
Напряжение нагревателя
Для корректного измерения коэффициента Зеебека необходимо следить за тем, чтобы при selectнапряжении нагревателя создавался достаточный градиент температуры (рекомендация: ± Delta T не менее 3 K). Это может зависеть от геометрии образца. Другие критерии учитывать не нужно.
Инжекция тока
Как и в случае с selectнапряжением нагревателя, при определении максимального тока необходимо учитывать геометрию образца. При selectвыборе подходящего значения инжекции тока необходимо учитывать два момента: С одной стороны, сила тока не должна быть достаточно высокой, чтобы нагреть образец, но с другой стороны, selected ток должен быть достаточно высоким, чтобы можно было измерить напряжение. Это можно проверить, взглянув на диаграмму с индивидуальными значениями в программе. Там можно увидеть каждое из трех положительных и отрицательных значений тока (каждое 1/3, 2/3 и 3/3 от Imax) вместе с соответственно измеренными напряжениями. Если между подаваемым током, I, и измеряемым напряжением, U, существует линейная зависимость, то можно измерить значимое значение электропроводности.
Газы
Для измерения образца BiSeTe подходит любой из газов, разрешенных в спецификациях к SBA 458.
Резюме
Для BiSeTe коэффициент Зеебека может быть измерен с повторяемостью ± 2%, а теплопроводность - с повторяемостью ± 1,5% с помощью SBA 458.
Измерение коэффициента Зеебека, а также теплопроводности BiSeTe может быть выполнено с воспроизводимостью ± 2 % для каждого. Такая высокая воспроизводимость достигается независимо от различий в геометрии образцов, количества образцов на сайте large или проведения измерений с помощью разных приборов SBA 458.