Метод измерения коэффициента термоэлектродвижущей силы.

Как было показано, коэффициент термо-э.д.с. определяется отношением

,

где E — э.д.с.; T — разность температур на концах образца.

Следовательно, измерение S сводится к измерению э.д.с. и разности температур на образце. Т.к. величина S является функцией температуры, то перепад T обычно выбирается небольшим; S при этом относится к средней температуре образца.

В полупроводниковых материалах S обычно имеет величину от нескольких единиц до нескольких сотен микровольт на градус. Поэтому величина E лежит в пределах нескольких милливольт, если T  510 градусов. Измерение таких величин можно выполнить, как с помощью милливольтметра, так и компенсационным способом. Следует иметь в виду, что проходящий по полупроводнику ток в свою очередь нагревает один контакт и охлаждает второй, что вызывает ошибку в измерении S. Под V следует понимать ту разность потенциалов, которая создается при полном отсутствии тока. Измерение V следует поэтому производить с помощью потенциометра при строгой компенсации V приложенным внешним напряжением. Недостатками измерений потенциометром являются сравнительная сложность и то, что проведение измерений требует довольно большого времени. Для быстрых измерений э.д.с. компенсационным методом применяются электронные потенциометры.

Разность потенциалов V, возникающая на границе данного полупроводника, в котором существует градиент температур, с другим веществом зависит от свойств обоих соприкасающихся материалов. Однако S в полупроводниках настолько превышает термоэлектродвижущую силу любых чистых материалов, что замена одного металла другим мало влияет на результат. Для определения знака термоэлектродвижущей силы почти безразлично, с помощью какого металла ее измерять. Но для определения точного значения S следует брать металл, для которого S возможно близко к нулю. Такими металлами можно считать свинец и олово, обладающие минимальным эффектом Холла.

Во многих полупроводниках знак термоэлектродвижущей силы изменяется от участка к участку. Поэтому необходимо иметь возможность измерять величину или, по крайней мере, знак S в очень малых объемах. Для этого может служить поддерживаемый электрической грелкой при заданной температуре медный стержень, заканчивающийся острием, прикладываемый к данному участку полупроводника. Другой электрод, находящийся при комнатной температуре, соединен с удаленным участком образца. Знак разности потенциалов определяет в этом случае термоэлектродвижущие свойства того прилегающего к горячему острию участка, в котором сосредоточен градиент температуры.

В данной работе измерение коэффициента термо-э.д.с. проводится относительно меди.

Схема установки для измерения термо-э.д.с. приведена на рис.2.

Образец 4 помещается на массивную медную пластину 1 (холодный электрод), температура которой соответствует комнатной. Сверху на образец опускается горячий электрод-зонд 2, смонтированный на препаратоводителе. Нагрев этого электрода производится печкой 3, выполненной в виде спирали, навитой на зонд, которая запитывается от стабилизированного источника питания СИП-35. Контроль температуры осуществляется с помощью медь-константановой термопары 5, которая располагается на горячем электроде 3 в непосредственной близости от его кончика.

Разность температур T между электродами (горячим и холодным) поддерживается равной 10, что контролируется нановольтамперметром Р341. Такой нановольтамперметр Р341 используется в установке и для измерения термоэлектродвижующей силы E. Вся измерительная система экранируется.