【摘要】：電阻率是反映電子材料的導(dǎo)電性及其內(nèi)部載流子濃度的重要指標(biāo)。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(jìn)行評估的重要步驟。將材料基因組計劃的研發(fā)思想應(yīng)用于光伏薄膜材料的開發(fā),對快速準(zhǔn)確地對大批量薄膜樣品的電阻率進(jìn)行高通量表征提出了更高的要求。傳統(tǒng)的測試設(shè)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(shè)計自動化程度更高的、針對批量化小尺寸薄膜樣品進(jìn)行電阻率表征的設(shè)備具有重要的應(yīng)用價值。針對這一課題目標(biāo),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(dāng)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(yīng)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(jìn)行了較為詳細(xì)的說明,并將其作為本測試設(shè)備開發(fā)的基礎(chǔ)原理依據(jù)。針對小尺寸薄膜樣品進(jìn)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(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃整合,利用數(shù)字源表與繼電器模組來完成整體電信號回路的導(dǎo)通;使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的運動模組以及附加壓力傳感器的樣品平臺來實現(xiàn)樣品的切換以及探針的穩(wěn)定接觸;數(shù)據(jù)處理階段,上位機(jī)后臺程序?qū)x表采集到的信號進(jìn)行處理,調(diào)用求解程序計算樣品的方阻值并進(jìn)行修正,最終實現(xiàn)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(jìn)行試驗,利用本表征設(shè)備分別測試其樣品方阻。通過數(shù)據(jù)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(jié)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(jìn)行高通量掃描測試,獲取了陣列中樣品的方塊電阻分布。
【學(xué)位授予單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(dāng)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(yīng)用于新的二元超導(dǎo)搜索和開發(fā)速度提高了數(shù)十倍之多，并且預(yù)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(jié)構(gòu)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(shù)等形式進(jìn)行輸出。逡逑合化學(xué)逐漸興起，并隨之產(chǎn)生了高通量基因反應(yīng)器等技術(shù)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(jìn)行接觸，其中兩根探流源對樣品進(jìn)行電流注入，從而在樣品內(nèi)部激勵形成擴(kuò)散電場，使得樣品上都對應(yīng)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(jù)電流電壓數(shù)據(jù)，結(jié)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(jù)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(yīng)用體原理或者薄層原理的物理模型率公式的推導(dǎo)。另外，在不滿足四探針法測準(zhǔn)條件的前提下得到的電阻率結(jié)加以進(jìn)一步的修正，從而減小測量原理誤差，得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果。逡逑原理逡逑原理的應(yīng)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(shè)探針注入的電流源強(qiáng)度為／，假設(shè)樣品內(nèi)部的電阻率分布均勻性足夠理想，力線分布呈標(biāo)準(zhǔn)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