專利名稱：一種基于原子力顯微鏡的納米熱電多參量原位定量表征裝置的制作方法
技術領域：
本申請涉及一種基于原子力顯微鏡的納米熱電材料多參量原位定量表征裝置，屬于信號檢測儀器領域。
背景技術：
熱電材料作為一種重要的戰略性能源材料，在微電子、光電子、深空探測、國防軍工、以及節能環保等眾多重要領域具有十分廣闊的應用前景。當前，制約熱電材料廣泛應用的最主要障礙就是其熱電轉換效率低，納米技術為發展高性能熱電材料開辟了一條新途徑。由此，納米熱電材料已成為當前國際熱電界最為活躍、最有希望取得突破的研究領域，而納米熱電性能的測量和表征亦日益成為該領域急需解決的挑戰性課題。 熱導率和塞貝克系數是熱電材料物性中二個重要的物理參量，目前其表征仍然沿用傳統技術和方法，該方法具有以下局限性(I)其熱激勵或熱檢測僅反映了樣品的宏觀性能，遠未達到納米尺度水平；(2)其測試方法處于靜態，僅采用穩態的熱激勵方式實現單點檢測，無法反映熱電材料動態性能及連續反映被檢測參量隨空間位置的變化狀態；(3)熱導、塞貝克系數等熱電多參量的測試是采用多套分立裝置完成的，無法達到實時、同步檢測。因而，熱電材料物性的傳統測試方法難以實現納米熱電材料綜合物性的原位、實時、集成表征。針對以上局限性，本申請希望建立能實現納米熱電材料多參量物性的原位、無損、實時、動態、定量、納米表征系統，以滿足當前迅猛發展的納米熱電材料物性表征之急需。原子力顯微鏡(AFM)是當前開展納米科學研究的重要工具之一，它具有高精度控制、納米級分辨率等獨特優點，已成為一種成熟的納米檢測平臺，并為在其基礎上發展新技術、拓展新功能提供了重要平臺基礎。本申請針對目前納米熱電物理性能表征的迫切需求，基于AFM納米平臺的檢測成熟性、功能齊全性及結構完善性等特點，建立了納米熱電多參量的原位定量表征裝置，實現了納米熱電材料熱導率和塞貝克系數的原位、實時、動態、定量測試，為深入研究納米熱電材料的熱電輸運理論、納米熱電材料及其器件的深入發展提供了重要的原位定量納米表征方法。目前國內外尚無此方面的報導。
發明內容
本申請目的在于提供一種能夠用于納米熱電能源材料的納米熱導系數、納米塞貝克系數等熱電多參量表征用的原位定量納米表征裝置。該技術將原子力顯微鏡納米檢測功能與宏觀熱導率的三倍頻檢測原理及宏觀塞貝克系數測試原理相結合起來，基于商用AFM納米檢測平臺，建立起兼具納米級熱激勵和熱電多參量檢測特性的納米原位評價技術，有效解決了熱電材料納米熱電性能原位檢測這一關鍵技術難點。該新型納米技術不僅具有納米熱電多參量原位同時激發、原位同步表征的獨特功能，而且具有高分辨率、高靈敏度、高信噪比等優點。本申請所述的關鍵技術裝置結構簡單、兼容性強，適與不同商用AFM系統相結合，是一項易于推廣和應用的新技術。本申請采用了一種基于原子力顯微鏡的納米熱電能源材料多參量原位定量表征裝置，用于檢測一被測納米熱電材料樣品的微區熱導系數和塞貝克系數等熱電物性參量，其特征在于，包括一納米熱電多參量的原子力顯微鏡原位激勵平臺，用于提供納米熱電多參量激發所需的基本硬件平臺，并實現原位同時激發納米熱電材料微區三倍頻熱導信號和微區穩態塞貝克直流電壓信號；一納米熱電多參量原位檢測平臺，用于實現納米熱電材料微區熱導和塞貝克電壓的原位實時檢測及數據處理，實時顯示微區熱導系數和塞貝克系數的定量表征結果。比較好的是，所述納米熱電多參量的原子力顯微鏡原位激勵平臺進一步包括一原子力顯微鏡平臺，一熱電檢測探針，一熱電參考探針，兩個可調電阻網絡，一信號發生器，一熱電材料，一陶瓷絕緣層，一磁性底座，一信號傳輸端，一微區熱導信號輸出端口，一微區塞貝克電壓信號輸出端口，所述被測熱電材料樣品通過下墊所述陶瓷絕緣層置于所述磁性 底座上，所述熱電檢測探針、熱電參考探針、兩個可調電阻網絡和信號發生器組成一惠斯通電橋，所述熱電檢測探針置于所述被測熱電材料樣品上并接觸，以檢測所述被測熱電材料樣品激勵點的電壓；所述微區塞貝克電壓信號輸出端口的第一端通過所述信號傳輸端接收所述被測熱電材料樣品另一區域的電壓信號，所述微區塞貝克電壓信號輸出端口的第二端與所述惠斯通電橋接地端相連；所述微區熱導信號輸出端口的第一端連接所述熱電檢測探針與所述惠斯通電橋相連端，其第二端連接所述熱電參考探針與所述惠斯通電橋相連端。比較好的是，所述原子力顯微鏡平臺的工作模式為接觸模式。比較好的是，所述熱電檢測探針為一具熱敏電阻特性的探針，同時具有微區激勵源、信號傳感器及檢測源的功能；所述熱電檢測探針的工作模式為AFM接觸模式，其作為反饋參量的微懸臂形變量為O. l_5nm，與所述被測熱電材料樣品互作用接觸面積的直徑為30_100nm。比較好的是，所述熱電探針的工作頻率范圍為lOOHz-lOkHz，工作電流范圍為ImA-lOOmA。比較好的是，所述惠斯通電橋中的所述熱電檢測探針與所述熱電參考探針采用差動輸入方式相連構成雙探針結構。比較好的是，所述熱電回路其調整方式包括熱電探針最佳工作電流調整、熱電回路基波信號抑制調整、諧波信號靈敏度增大調整三種模式。比較好的是，所述納米熱電多參量原位檢測平臺包括一前端回路處理模塊，一高靈敏度鎖相放大器，一高精度數字電壓計，一數據處理和顯示系統，用于實現微弱三倍頻熱導信號和塞貝克電壓信號的原位實時檢測、處理和顯示微區熱導系數和塞貝克系數等熱電多參量物理參數的原位表征結果。采用上述結構所建立的納米熱電多參量原位定量表征裝置解決了納米熱電材料多參量熱電物性原位激發及同步檢測這一重大技術難題。該新型納米表征裝置實現了納米熱電多參量的原位同時激發、原位同步檢測，拓展了現有商用原子力顯微鏡所不具有的納米熱電物性評價功能，為深入研究納米熱電材料的熱電輸運理論及納米熱電材料及其器件的深入發展提供了重要的原位、定量、納米表征裝置。
下面，參照附圖，對于熟悉本技術領域的人員而言，從對本申請的詳細描述中，本申請的上述和其他目的、特征和優點將顯而易見。圖I示意出本申請的納米熱電多參量原位定量表征裝置的結構框圖；圖2示意出圖I中所述納米熱電多參量的原子力顯微鏡(AFM)原位激勵平臺的結構框圖；圖3示意出圖2中原子力顯微鏡平臺(AFM)的結構框圖；圖4示意出圖I中納米熱電多參量原位檢測平臺的結構框圖；、
圖5示意出圖4中前端回路處理模塊的結構框圖；圖6 (a)給出了納米熱電薄膜表面形貌的AFM像；圖6(b)給出了薄膜微區熱導三倍頻信號(υ3ω)與激勵頻率對數(Ιηω)之間的關系，據此可計算出微區熱導定量表征結果；圖7(a)給出了不同激發電壓下探針電壓(Uprobe)的測試結果；圖7(b)為不同激發電壓下的塞貝克電壓(Useebedt)測試結果；圖7(c)給出了不同溫度下塞貝克電壓(Useebedt-Λ Tpm1J的測試結果，據此可計算出微區塞貝克系數。
具體實施例方式以下實例均是應用本申請的納米熱電多參量原位定量表征技術對納米熱電薄膜材料微區熱導系數和微區賽貝克系數等熱電多參量的定量表征結果，以進一步說明本申請的效果，但并非僅限于下述實施例。本申請建立了一種基于原子力顯微鏡的納米熱電多參量的原位定量表征裝置，其工作原理結構如圖I所示，由二部分組成納米熱電多參量的AFM原位激勵平臺1，納米熱電多參量原位檢測平臺2。其中的納米熱電多參量的AFM原位激勵平臺1，用以提供發展納米熱電多參量原位表征新技術的AFM平臺基礎，并基此實現納米熱電材料微區熱導、微區塞貝克電壓等熱電多參量信號的原位同時激發；其納米熱電多參量原位檢測平臺2，用以實現納米熱電材料微區熱導信號和塞貝克電壓信號的原位實時檢測和處理，顯示微區熱導系數和塞貝克系數等熱電多參量物理參數的原位表征結果。納米熱電多參量的AFM原位激勵平臺I的工作結構如圖2所示，主要包括原子力顯微鏡平臺11，熱電檢測探針12，熱電參考探針13，兩個可調電阻網絡14、15，信號發生器16,被測熱電材料樣品17,陶瓷絕緣層18,磁性底座19,信號傳輸端110,微區熱導信號輸出端口 111，微區塞貝克電壓信號輸出端口 112等，其中，被測熱電材料樣品17通過下墊陶瓷絕緣層18置于原子力顯微鏡平臺11的磁性底座19上，熱電檢測探針12，熱電參考探針13，兩個可調電阻網絡14、15，信號發生器16組成惠斯通電橋(Wheat stone bri dge),熱電檢測探針12置于被測熱電材料樣品17上并接觸，以檢測樣品激勵點的電壓。微區塞貝克電壓信號輸出端口 112的第一端通過信號傳輸端110接收被測熱電材料樣品17另一區域的電壓信號，微區塞貝克電壓信號輸出端口 112的第二端與電橋接地端相連。此外，微區熱導信號輸出端口 111的第一端連接熱電檢測探針12與電橋相連端，其第二端連接熱電參考探針13與電橋相連端。上述結構的納米熱電多參量的AFM原位激勵平臺I用以提供納米熱電多參量激發所需的基本硬件平臺，并實現原位同時激發微區熱導信號和微區塞貝克電壓信號。納米熱電多參量的AFM原位激勵平臺I之所以具有原位同時激發納米熱電多參量功能主要源于熱探針與樣品的熱交換互作用及熱電材料所特有的塞貝克物理效應。對于微區熱導而言，其激發的物理過程可表述如下當信號發生器16施加周期性激勵信號作用于熱電檢測探針12時，熱電檢測探針12溫度升高(高于室溫)，導致探針12的電阻增加。此時當熱電檢測探針12與被測熱電材料樣品17接觸時，由于兩者溫差的存在，熱電檢測探針12將與被測熱電材料樣品17產生熱交換作用。該熱交換效應誘導了熱電檢測探針12的表面溫度及其對溫度敏感的電阻阻值變化，由于熱電檢測探針12是電橋橋臂的一端，熱電檢測探針12的阻值的變化將導致該橋路不平衡，產生了三倍頻高次諧波電壓輸出信號并通過微區熱導信號輸出端口 111輸出，該輸出信號與被測微區熱導直接相關。由此，實現了微區 熱導的原位激發。同時，上述熱探針-樣品之間的熱交換效應亦可在熱電檢測探針12所接觸的樣品激勵點(高溫端)及信號傳輸端110所處周邊區域(低溫端，室溫)之間誘導了一溫差源。基于熱電材料所特有的塞貝克效應，該溫差源將在被測熱電材料樣品17中產生塞貝克電壓信號。由于熱探針激勵功率處于穩態，因此，產生的塞貝克電壓信號為一穩態的直流電壓信號。由此，亦同時實現了微區塞貝克電壓信號的原位激發。因而，在熱電材料中，利用熱電信號激勵部件可原位同時激發微區三倍頻熱導信號及微區塞貝克直流穩態電壓信號。圖3給出了圖2中原子力顯微鏡平臺11的進一步結構框圖，該顯微鏡平臺11為商用原子力顯微鏡(AFM)，具有高精度控制、納米級高分辨率成像特性。主要包括掃描部件11a，力檢測部件11b，位置檢測部件11c，反饋控制部件Ild等，用以提供納米熱電檢測所需的基本硬件平臺。AFM工作模式為接觸模式，其反饋參量(微懸臂形變量)為O. l-5nm，用以實現熱電探針與樣品之間良好的納米尺度接觸及有效的信號激發和傳輸。再回到圖2中，熱電檢測探針12，熱電參考探針13，兩個可調電阻網絡14、15和信號發生器16構成熱電回路，實現熱電多參量三倍頻信號激發。該熱電回路采用具有高檢測靈敏度特點的電橋結構，該電橋結構與僅能檢測單一物理量的一般電橋結構顯著不同。其中熱電回路的橋路整體封閉于金屬盒內，以屏蔽干擾信號；而兩個可調電阻網絡14、15選用精密無感電阻，以避免電子元件的分布參數影響檢測精度。熱電回路信號包含基波信號和三倍頻諧波信號，其中諧波信號反映被檢測熱電材料微區熱導信號，該熱導信號與熱探針的工作狀態密切相關。熱電回路中熱電檢測探針工作狀態的調整方式包括熱電探針最佳工作電流調整、熱電回路基波信號抑制調整、諧波信號靈敏度增大調整等三種模式。熱電電橋回路中兩個可調電阻網絡14，15，其中一個可調電阻網絡14用以調整橋路平衡，從而抑制基波信號的輸出；另一可調電阻網絡15用以調節熱電檢測探針12的工作電流，實現熱電檢測探針12處于最佳工作狀態。同時，該熱電回路中采用非線性元件以調整與被檢測熱電材料微區熱導信號有關的三倍頻諧波分量，從而提高諧波信號靈敏度。熱電檢測探針12在該熱電回路中是系統的核心部件。熱電檢測探針12與商用AFM探針有顯著的不同，其結構為V型結構、由Pt/Rh材料制成，具熱敏電阻特性，即其電阻阻值將隨探針溫度變化而改變。該探針同時具有微區熱源、微區溫度傳感器及微區塞貝克電壓引出線等三種功能，結構單一、使用方便。其工作模式為AFM接觸模式，與被測熱電材料樣品17互作用接觸面積的直徑為30-100nm，實現了納米尺度微區信號的有效激勵及輸出。熱電檢測探針12在周期性信號激勵下產生諧波效應，檢測與被測熱電材料樣品17熱導直接相關的三倍頻高次諧波信號，可用以反映被測熱電材料樣品17的微區熱導率。熱電檢測探針12的工作頻率須同時兼顧被測微區熱導所需的周期性熱源與塞貝克系數所需的穩態熱源，其工作頻率范圍為lOOHz-lOkHz。同時，工作電流設定須兼顧熱電檢測探針12的最佳工作狀態及三倍頻信號的有效輸出，其工作電流范圍為ImA-lOOmA。熱電檢測探針12與熱電參考探針13構成雙探針結構，采用差動輸入方式與系統相連，如此有效地克服了環境溫度干擾的影響，提高了被測微區熱導系數的檢測靈敏度，確保了測試數據的準確性，降低了測試工作條件。信號發生器16提供熱電檢測探針12、熱電參考探針13、兩個可調電阻網絡14、15所構成的熱電回路的工作電源，其信號幅度和頻率均可調。信號幅度兼顧熱電檢測探針12的工作電流，而信號頻率同時兼顧微區熱導檢測所需的周期性激勵信號和微區塞貝克系數檢測所需的穩態熱功率的激勵信號。 熱電樣品17，陶瓷絕緣層18，磁性底座19，構成熱電樣品臺，彼此之間采用導電膠粘結，有效地保證了樣品的機械穩定性和信號的有效傳輸。信號傳輸端110，為粘在被測熱電材料樣品17上表面銅片及其引出導電線，構成微區塞貝克電壓信號傳輸一端。其中銅片以焊接方式粘結，不僅保證了塞貝克電壓引線的微歐姆接觸；同時引線堅固保證了測試條件的穩定性和數據的可靠性。微區熱導信號輸出端口 111，實現所檢測納米熱電材料微區熱導三倍頻信號輸出。其信號兩端引線源于熱電檢測探針12 —端與熱電參考探針13 —端引線。微區塞貝克電壓信號輸出端口 112，實現所檢測納米熱電材料塞貝克電壓信號輸出。其信號引線一端源于熱電檢測探針12，另一端源于粘在被測熱電材料樣品17上表面并焊有導電線的銅片110。納米熱電多參量信號輸出過程不僅涉及納米尺度區域熱學、電學等多種物理參量，同時也涉及動態與穩態等不同類型信號，且其信號幅度微弱。因此，必須確保信號有效傳輸各個環節均要可靠，包括部件屏蔽、電氣接地、探針與樣品納米尺度接觸區域的歐姆接觸。為此，在被測熱電樣品下方設置絕緣體以將系統的電氣隔離；同時采用多種屏蔽方式包括熱電探針-樣品臺與外部環境空間之間的屏蔽，以及熱電回路等重要部件的獨立屏蔽；并且對系統各部件電器實行共同接地。在實現信號有效傳輸方面，必須要解決納米測量中的熱探針與熱電樣品的歐姆接觸。利用AFM通過力的檢測和阻抗的測試來判別是否達到良好的歐姆接觸，從而保證微弱熱電多參量信號有效、準確傳輸。納米熱電多參量原位檢測平臺2的工作結構圖如圖4所示，包括前端回路處理模塊21，高靈敏度鎖相放大器22，高精度數字電壓計23，數據處理和顯示模塊24等，用以實現微弱三倍頻熱導信號和塞貝克電壓信號的原位實時檢測、處理和顯示微區熱導系數和塞貝克系數等熱電多參量物理參數的原位表征結果。前端回路處理模塊21的工作結構原理如圖5所示，包括前置電路211，放大電路212，保護電路213，電源214，以對熱電回路的輸出信號實現阻抗變換，同時具有提高信號幅度與保護功能，防止電橋失衡或信號畸變時產生過載而損壞下一級電路和儀器。
高靈敏度鎖相信號放大器22具有測量靈敏度高、抗干擾性強、且具線性和非線性檢測功能、滿足系統工作要求等優點，可實現微弱熱導信號的高靈敏度檢測。高精度數字電壓計23可實現微弱塞貝克電壓信號的高靈敏度檢測。數據處理及顯示模塊24包括基于計算機平臺的信號處理模塊和結果顯示模塊。基于微區三倍頻熱學信號與激勵信號調制頻率對數的線性關系，可計算獲得微區熱導系數；基于熱電探針的熱敏電阻特性、熱電材料塞貝克電壓與溫差之間的關系，可計算獲得微區塞貝克系數。實施例I應用本申請建立的納米熱電多參量原位定量表征技術對Bi-Sb-Te熱電薄膜的微區熱導進行了測試，圖6顯示了測試結果。其中圖6(a)是樣品表面形貌的AFM像，圖6(b)是建立的納米熱電多參量原位定量表征技術在樣品對應區域原位獲得的三個測定點的微區三倍頻熱導信號與激發頻率對數之間的關系。根據有關近場熱學成像條件，可計算獲得其微觀熱導系數為X=1.668W/(m*K)。由于薄膜宏觀熱導測試技術至今未得到圓滿解決，因此，無法將該微區熱導值與其對應的宏觀值進行比較。但該值非常接近于該組成相應單晶材料的熱導系數λ =1.7W/(m· K)，表明微區熱導定量表征技術的可行性及結果的準確性。實施例2應用本申請建立的納米熱電多參量原位定量表征技術對Bi-Sb-Te熱電薄膜的微區塞貝克系數進行了測試，圖7顯示了測試結果，必須指出的是，該結果是與圖8微區熱電表征時原位同步獲得的結果。圖7 (a)為不同激發電壓下探針電壓的測試結果，圖7(b)為不同激發電壓下的塞貝克電壓測試結果。根據熱探針所特有的熱敏電阻特性及熱電回路橋路平衡特性，可由圖7(a)計算獲得不同激發電壓下探針溫度，該溫度即對應熱電薄膜微區溫度。由此，根據所計算的微區溫度結果以及圖7(b)所示的塞貝克電壓測試結果，即可得到圖7(c)所示的不同溫度下塞貝克電壓的測試結果。基于熱電材料塞貝克電壓與溫差之間的線性關系，可計算獲得微區塞貝克系數為S=135. 54 μ V/Κ。該值非常接近于該薄膜的宏觀測試結果S=138 μ V/K，表明微區塞貝克定量表征技術的可行性及結果的準確性。上述實例表明了基于原子力顯微鏡所建立的納米熱電多參量原位定量表征技術解決了納米熱電材料多參量熱電物性原位激發及同步檢測這一重大技術難題。該新型納米表征技術實現了納米熱電多參量的原位同時激發、原位同步表征，拓展了現有商用原子力顯微鏡所不具有的納米熱電物性評價功能，為深入研究納米熱電材料的熱電輸運理論及納米熱電材料及其器件的深入發展提供了重要的原位、定量、納米表征方法。綜上所述，本申請突出優點在于將原子力顯微鏡納米檢測功能、宏觀熱導率的三倍頻檢測原理及宏觀塞貝克系數測試原理相結合，建立起基于商用原子力顯微鏡并兼具納米級熱激勵和熱電多參量檢測特性的納米原位評價裝置，該新型納米表征裝置不僅具有納米熱電多參量原位同時激發、原位同步表征的獨特功能，而且具有高分辨率、高靈敏度、高信噪比等優點，且其結構簡單、兼容性強，適宜廣泛推廣和應用。由此，本申請解決了熱電能源材料中納米熱電多參量的原位激發及同步檢測這一重大技術難題，可在納米材料、能源材料等戰略性新興材料及其產業中獲得重要應用。前面提供了對較佳實施例的描述，以使本領域內的任何技術人員可使用或利用本申請。對這些實施例的各種修改對本領域內的技術人員是顯而易見的，可把這里所述的總的原理應用到其他實施例而不使用創造性。因而，本申請將不限于這里所示的實施例，而應依據符合這里所揭示的原理和新特征的最寬范圍 。
權利要求
1.一種基于原子力顯微鏡的納米熱電能源材料多參量原位定量表征裝置，用于檢測一被測納米熱電材料樣品的微區熱導系數和塞貝克系數等熱電物性參量，其特征在于，包括 一納米熱電多參量的原子力顯微鏡原位激勵平臺，用于提供納米熱電多參量激發所需的基本硬件平臺，并實現原位同時激發納米熱電材料微區三倍頻熱導信號和微區穩態塞貝克直流電壓信號； 一納米熱電多參量原位檢測平臺，用于實現納米熱電材料微區熱導和塞貝克電壓的原位實時檢測及數據處理，實時顯示微區熱導系數和塞貝克系數的定量表征結果。
2.根據權利要求I所述的基于原子力顯微鏡的納米熱電能源材料多參量原位定量表征裝置，其特征在于，所述納米熱電多參量的原子力顯微鏡原位激勵平臺進一步包括 一原子力顯微鏡平臺，一熱電檢測探針，一熱電參考探針，兩個可調電阻網絡，一信號發生器，一熱電材料，一陶瓷絕緣層，一磁性底座，一信號傳輸端，一微區熱導信號輸出端口，一微區塞貝克電壓信號輸出端口，所述被測熱電材料樣品通過下墊所述陶瓷絕緣層置于所述磁性底座上，所述熱電檢測探針、熱電參考探針、兩個可調電阻網絡和信號發生器組成一惠斯通電橋，所述熱電檢測探針置于所述被測熱電材料樣品上并接觸，以檢測所述被測熱電材料樣品激勵點的電壓；所述微區塞貝克電壓信號輸出端口的第一端通過所述信號傳輸端接收所述被測熱電材料樣品另一區域的電壓信號，所述微區塞貝克電壓信號輸出端口的第二端與所述惠斯通電橋接地端相連；所述微區熱導信號輸出端口的第一端連接所述熱電檢測探針與所述惠斯通電橋相連端，其第二端連接所述熱電參考探針與所述惠斯通電橋相連端。
3.根據權利要求2所述的基于原子力顯微鏡的納米熱電能源材料多參量原位定量表征裝置，其特征在于， 所述原子力顯微鏡平臺的工作模式為接觸模式。
4.根據權利要求2所述的基于原子力顯微鏡的納米熱電能源材料多參量原位定量表征裝置，其特征在于， 所述熱電檢測探針為一具熱敏電阻特性的探針，同時具有微區激勵源、信號傳感器及檢測源的功能；所述熱電檢測探針的工作模式為AFM接觸模式，其作為反饋參量的微懸臂形變量為O. l_5nm，與所述被測熱電材料樣品互作用接觸面積的直徑為30_100nm。
5.根據權利要求4所述的基于原子力顯微鏡的納米熱電能源材料多參量原位定量表征裝置，其特征在于， 所述熱電探針的工作頻率范圍為lOOHz-lOkHz，工作電流范圍為ImA-lOOmA。
6.根據權利要求2所述的基于原子力顯微鏡的納米熱電能源材料多參量原位定量表征裝置，其特征在于， 所述惠斯通電橋中的所述熱電檢測探針與所述熱電參考探針采用差動輸入方式相連構成雙探針結構。
7.根據權利要求6所述的基于原子力顯微鏡的納米熱電能源材料多參量原位定量表征裝置，其特征在于， 所述熱電回路其調整方式包括熱電探針最佳工作電流調整、熱電回路基波信號抑制調整、諧波信號靈敏度增大調整三種模式。
8.根據權利要求I所述的基于原子力顯微鏡的納米熱電能源材料多參量原位定量表征裝置，其特征在于， 所述納米熱電多參量原位檢測平臺包括一前端回路處理模塊，一高靈敏度鎖相放大器，一高精度數字電壓計，一數據處理和顯示系統，用于實現微弱三倍頻熱導信號和塞貝克電壓信號的原位實時檢測、處理和顯示微區熱導系數和塞貝克系數等熱電多參量物理參數的原位表征結果。
全文摘要
本發明涉及一種基于原子力顯微鏡的納米熱電能源材料多參量原位定量表征裝置，用于檢測一被測納米熱電材料樣品的微區熱導系數和塞貝克系數等熱電物性參量，包括一納米熱電多參量的原子力顯微鏡原位激勵平臺，用于提供納米熱電多參量激發所需的基本硬件平臺，并實現原位同時激發納米熱電材料微區三倍頻熱導信號和微區穩態塞貝克直流電壓信號；一納米熱電多參量原位檢測平臺，用于實現納米熱電材料微區熱導和塞貝克電壓的原位實時檢測及數據處理，實時顯示微區熱導系數和塞貝克系數的定量表征結果。本發明將原子力顯微鏡納米檢測功能、宏觀熱導率的三倍頻檢測原理及宏觀塞貝克系數測試原理相結合，建立起基于商用原子力顯微鏡并兼具納米級熱激勵和熱電多參量檢測特性的納米原位評價裝置。
文檔編號G01N25/20GK102692427SQ20121020567
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月20日 優先權日2012年6月20日
發明者惠森興, 曾華榮, 李國榮, 殷慶瑞, 趙坤宇, 陳立東 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所