發(fā)布時間：2020-06-17 18:44

【摘要】：電阻率是反映電子材料的導電性及其內部載流子濃度的重要指標。光伏薄膜材料的開發(fā)過程中,電阻率表征工作是對材料性能進行評估的重要步驟。將材料基因組計劃的研發(fā)思想應用于光伏薄膜材料的開發(fā),對快速準確地對大批量薄膜樣品的電阻率進行高通量表征提出了更高的要求。傳統(tǒng)的測試設備存在手動操作自動化程度低的問題,并且為了滿足其修正精度,對樣品的規(guī)格有著較高的要求。因此,開發(fā)設計自動化程度更高的、針對批量化小尺寸薄膜樣品進行電阻率表征的設備具有重要的應用價值。針對這一課題目標,本文主要從以下幾個層面開展研究工作:首先總體闡述了當前階段薄膜電阻率測試的主要方法及其各自的基本原理與應用范圍;尤其對直線四探針法以及基于此的四探針雙電測組合法進行了較為詳細的說明,并將其作為本測試設備開發(fā)的基礎原理依據。針對小尺寸薄膜樣品進行了雙電測組合法修正算法的簡化與改善,提出了對于樣品自身電阻率分布不均勻性的優(yōu)化理念。其次,以雙電測組合法的基本測試原理建立了自動化測量裝置。以虛擬儀器平臺為核心進行系統(tǒng)的規(guī)劃整合,利用數字源表與繼電器模組來完成整體電信號回路的導通;使用步進電機驅動的運動模組以及附加壓力傳感器的樣品平臺來實現樣品的切換以及探針的穩(wěn)定接觸;數據處理階段,上位機后臺程序將儀表采集到的信號進行處理,調用求解程序計算樣品的方阻值并進行修正,最終實現小尺寸薄膜樣品陣列的電阻率自動化測試。選取ITO薄膜、炭黑薄膜,碳納米管薄膜等為測試樣品進行試驗,利用本表征設備分別測試其樣品方阻。通過數據處理與誤差分析可知,在充分考慮測試環(huán)境等邊界條件的前提下,本測試系統(tǒng)的測試結果與理論值一致性較好,從而也說明了針對小尺寸樣品的優(yōu)化修正算法的有效性。最后對于不同濃度配比的炭黑薄膜樣品陣列進行高通量掃描測試,獲取了陣列中樣品的方塊電阻分布。
【學位授予單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2
【圖文】：

圖１．１邋Ｈａｎａｋ提出的材料高通量實驗的初始概念逡逑對于當時只研究一種成分的新材料的研發(fā)新概念，包括合成、分析、測試的一整套理濺射的多組分材料和成方法，以及一種基于法。將這種方法被具體應用于新的二元超導搜索和開發(fā)速度提高了數十倍之多，并且預實驗的初始概念包括以下幾個部分：逡逑成完整的多組分材料體系；逡逑損、全面的成分結構分析；逡逑動化、高速率的材料性能測試；逡逑，以表格、圖形、函數等形式進行輸出。逡逑合化學逐漸興起，并隨之產生了高通量基因反應器等技術手段。９０年代中后期，高通量

探針法的基本原理逡逑探針測量電阻率的基本原理是，四根探針與樣品表面進行接觸，其中兩根探流源對樣品進行電流注入，從而在樣品內部激勵形成擴散電場，使得樣品上都對應著特定的電勢值。電場穩(wěn)定之后，由電壓表讀取另外兩根探針各自對電勢差，根據電流電壓數據，結合樣品的形狀尺寸與探針的位置分布，從而出待測樣品材料的電阻率［４３］。具體實施過程中，根據薄層樣品的厚度不同，場分布形態(tài)也有較大差異，需要區(qū)別應用體原理或者薄層原理的物理模型率公式的推導。另外，在不滿足四探針法測準條件的前提下得到的電阻率結加以進一步的修正，從而減小測量原理誤差，得到較為準確的結果。逡逑原理逡逑原理的應用條件是，樣品的幾何尺度與相鄰探針間的距離比較可以近似看作設探針注入的電流源強度為／，假設樣品內部的電阻率分布均勻性足夠理想，力線分布呈標準的放射狀，等勢面分布為一系列同心半球面，如圖所示。逡逑電流源｜逡逑

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本文編號：2718008