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GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-2:2017
半导体器件能量收集和产生半导体器件
第2部分:基于热功率的热电能量收集器
1范围
本文件描述了用于测量微型热电能量发生器、微型加热器和微型冷却器的薄膜的热功率的程序和定
义,规定了厚度小于5µm的线、块和薄膜以及具有热电薄膜的能量收集器件的热电性能的测试方法和特
征参数,以便准确评估其性能和实际应用。
本文件适用于不受器件技术和尺寸限制的消费类、一般工业、军事和航空航天应用中的能量收集器
件。
2规范性引用文件
本文件没有规范性引用文件。
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
塞贝克系数SSeebeckcoefficient
材料上的温差引起的热电电压的大小,以及材料中每个载流子的熵。
3.2
导热系数kthermalconductivity
在具有温度场的介质中固定的一点上,标量k表征介质通过包含该点的表面元素传递热量的能力:
φ=-kgradT,其中φ是热流密度,T是热力学温度。
注1:在各向异性介质中,导热系数是一个张量。
注2:导热系数的国际单位是瓦特每米开尔文,W/(m•K)。
3.3
电导率σelectricalconductivity
材料传导电流能力的值。
3.4
品质因数Zfigureofmerit
由电导率乘以塞贝克系数平方再除以导热系数得到的热电薄膜的特征值。
4测试方法
4.1总则
测量热功率是制造热电器件必不可少的工作。应测量电阻率和热功率,以确定用于制造热电器件的
材料的热电特性。通常,为了测量这些值,应该在3K~300K的温度下对材料进行研究。热功率有两种类
型的测量方法。一种是积分法,另一种是微分法。测量电导率,要测量电阻率并使用测量值的倒数。测
量电阻率通常使用四探针法。采用这种方法时,可以用电阻电压和塞贝克电压之和来测量总压降。为了
1
GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-2:2017
获得没有塞贝克感应电压的电阻电压,需要非常快速的切换直流或交流来测量电阻率。此外,样品将由
直径小于200µm的金属丝和沉积在硅基底上具有100纳米绝缘层的薄膜制成。
4.2热功率测量
4.2.1积分法
4.2.1.1总则
积分法是获得热电材料热功率值的一种非常简单的方法。利用参考材料与样品材料之间产生的电压
变化来计算材料的热功率。在这种方法中,材料应制成线状以构成热电偶。第三热电偶可以连接到参考
线和样品线的热端上,以测量端点的温度。
积分法测量热电材料热功率的原理图如图1所示。
样品线参考线
图1积分法测量热电材料热功率的原理图
图中:
T:待测温度
T:环境温度
a
T:冷端温度
0
V,V:可测量电压降的电压表
xt
在被测材料和参考材料的热电偶处,电位差可以用式(1)和(2)来测量。
22
∆V=−∫1=−∫1∇····················································(1)
∆V=−0++0+=−(−)············(2)
(∫∫∫∫0)∫0
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