LSR 1

Seebeck-Koeffizient & spezifischer Widerstand

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Beschreibung LSR-1

Auf den Punkt

Mit der Linseis LSR-Plattform können thermoelektrische Materialien in Form von Bulk-Materialien und dünnen Schichten auf einfache und komfortable Weise charakterisiert werden. In der Basisversion – LSR-1 – können sowohl der Seebeck-Koeffizient als auch der elektrische Widerstand vollautomatisch und gleichzeitig von -160°C bis 200°C gemessen werden.

Die Basisversion des LSR-1 (RT bis 200°C) kann mit verschiedenen Optionen kombiniert werden, um den Anwendungsbereich zu erweitern. So ermöglicht die Tieftemperatur-Option vollautomatische Messungen mit LN2-Kühlung bis -160°C sowie Quenchkühlung bis 80 K (nur Widerstand). Eine optionale Hochtemperatur-Sondenstufe ermöglicht Widerstandsmessungen bis zu 600°C. Mit der Beleuchtungsoption ist es möglich, thermoelektrische Messungen unter definiertem Lichteinfluss durchzuführen, wobei eine 3-Wellenlängen-LED-Lichtquelle am LSR-1 verwendet wird.

Das LSR-1 System ermöglicht die Charakterisierung von metallischen und halbleitenden Proben nach der bekannten Van-der-Pauw- (Widerstand) sowie der statischen Gleichstrom- und Steilheits-Seebeck-Koeffizienten-Messtechnik.

Der kompakte Tischaufbau ermöglicht einen vollautomatischen und softwaregesteuerten Betrieb. Die umfangreiche Windows-basierte Software bietet eine einfach zu bedienende Benutzeroberfläche, einschließlich Assistenten zur Erstellung eines Messprofils, Rückmeldungen zur Zuverlässigkeit der Messdaten und eine integrierte Messdatenauswertung und -speicherung. Die vakuumdichte Messkammer in Kombination mit einer Auswahl an Gasdosiersystemen stellt sicher, dass alle Anwendungsbereiche abgedeckt werden können.

Prinzip der Messung des Seebeck-Koeffizienten

Die Probentemperatur sowie der Temperaturgradient werden durch eine im Probenhalter eingebettete Heizung gesteuert.
Die Umgebungstemperatur kann auf ca. -160°C heruntergekühlt werden. Damit ist die Messung des Seebeck-Koeffizienten bis zu einer mittleren Probentemperatur von 180°C möglich. Der spezifische Widerstand kann bis zu -160°C gemessen werden.
Erhöhte Präzision bei der Temperaturmessung: Die einzelnen TC-Drähte berühren die Probenoberfläche orthogonal zur Richtung des Temperaturgradienten. Beide Kontaktpunkte haben die gleiche Temperatur. Mit dieser Methode wird die Oberflächentemperatur der Probe gemessen und nicht die Temperatur einer auf die Probenoberfläche gepressten TC-Perle. Auf diese Weise ist es auch unerheblich, ob die Temperatur der Probenoberfläche durch die TC-Drähte beeinflusst wird, die Wärme von/zu der Probe übertragen.
Verbesserte Präzisions-Thermospannungsmessung: Die Seebeck-Spannung wird zwischen den beiden negativen TC-Drähten gemessen, was die genaueste räumliche Zuordnung zwischen Temperatur- und Thermospannungsmessung ermöglicht. So tritt die Seebeck-Spannung genau an den Stellen auf, an denen auch die Temperatur gemessen wird.
Die Seebeck-Spannung wird zusammen mit dem Temperaturgradienten aufgezeichnet, während die Leistung des Gradientenheizers linear erhöht wird. Die Dauer eines einzelnen Messdurchlaufs beträgt etwa 30 bis 90 Sekunden, einschließlich der Hochgeschwindigkeits-Abtastrate. Die Werte werden einmal pro Sekunde abgetastet.
Die Steigung der Thermospannung über Delta T wird mit einer linearen polynomialen Regression angepasst. Dank dieser dynamischen Auswertemethode können auftretende Offsets bei der Temperaturgradientenmessung vernachlässigt werden und die Messgenauigkeit wird erhöht. Aufgrund der kurzen Dauer der eigentlichen Messung haben Offset-Drifts einen sehr geringen Einfluss auf das Ergebnis.

Prinzip der Widerstandsmessung

Zur Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstands (oder der elektrischen Leitfähigkeit) der Probe wird die Van-der-Pauw-Messtechnik verwendet. Dadurch können beliebig geformte Proben analysiert werden, parasitäre Einflüsse wie Kontakt- oder Drahtwiderstände werden unterdrückt und die Messgenauigkeit kann deutlich erhöht werden.

Für die Van-der-Pauw-Messung muss die Probe mit vier Elektroden direkt an der Kante verbunden werden. Im ersten Schritt des Routings wird ein Strom über zwei Kontakte an einer Kante der Probe fließen gelassen und die Spannung über den beiden anderen Kontakten an der gegenüberliegenden Kante gemessen. Aus diesen beiden Werten lässt sich mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes ein Widerstand ermitteln. Im zweiten Schritt werden die Kontakte zyklisch geschaltet, und die Messung wird wiederholt. Der Schichtwiderstand der Probe kann dann leicht berechnet werden, indem die beiden gemessenen Widerstände (horizontal und vertikal) in die Van-der-Pauw-Formel eingesetzt und gelöst werden.

Ausgehend von den gemessenen Daten und dem Thermoelementabstand “t” können der spezifische Widerstand und die elektrische Leitfähigkeit nach folgenden Formeln berechnet werden:

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Spezifikationen

Alle Fakten auf einen Blick

Modular system design. Can be upgraded with gas dosing system, illumination and Cryo-option.
Vacuum dichte Messkammer für Messungen unter definierten Atmosphären.
Einfach zu bedienende und austauschbare Probenhalter, mit integrierter Primär- und Sekundärheizung.
Die integrierte, hochmoderne Messelektronik liefert genaueste Ergebnisse für anspruchsvolle Proben.
Das Gerät kann für die gleichzeitige Messung von sowohl Seebeck Koeffizient und elektrischer Widerstand (Resistivität).
Der Probenhalter verfügt über einen speziellen Kontaktmechanismus zur einfachen Probenvorbereitung und ermöglicht Messungen mit hoher Reproduzierbarkeit.
Eine V-I-Plot-Messung kann durchgeführt werden, um zu beurteilen, ob der Sensor in gutem Kontakt mit der Probe steht
Das System ermöglicht vollautomatische, softwaregesteuerte Messungen mit vordefinierten Temperatur- und Messprofilen.
Die gemessenen Rohdaten werden auf einem Datenträger gespeichert und können in verschiedenen Datenformaten zur Nachbearbeitung in Microsoft Excel oder Origin exportiert werden.
System kommt mit Constantan Reference incl. Tabellen und Zertifikat.

Model	LSR-1
Temperaturbereich:	Grundeinheit: RT bis 200°C* Option Kryo: -160°C bis +200°C*
Grundsätze der Messung:	Seebeck-Koeffizient Messbereich: 0 bis 2,5 mV/K – Temperaturgradient bis zu 10K Seebeck-Spannungsmessung: Bereich +-8 mV
Atmosphären:	Inert, reduzierend, oxidierend, Vakuum Heliumgas mit niedrigem Druck, empfohlen
Probenhalter:	Integrierte PCB-Platine mit Primär- und Sekundär-Heizung
Probenumfang (Seebeck):	L: 8 mm bis 25 mm; B: 2 mm bis 25 mm; T: Dünnfilm bis 2 mm
Probengröße (Widerstandsfähigkeit):	L: 18 mm bis 25 mm; B: 18 mm bis 25 mm; T: dünne Folie bis 2 mm
Vakuumpumpe:	optional
Heizrate:	0.01 – 100 K/min
Temperaturgenauigkeit:	±1,5 °C oder 0,0040 ∙ \| t \|
Elektrischer Widerstand:	10 nOhm
Thermospannung:	0.5 nV/K (nV = 10-9 V)

Probenhalter LSR-1

Software

Werte sichtbar und vergleichbar machen

Die leistungsfähige, auf Microsoft® Windows® basierende LINSEIS Thermoanalyse-Software übernimmt neben der verwendeten Hardware die wichtigste Funktion bei der Vorbereitung, Durchführung und Auswertung von thermoanalytischen Experimenten. Mit diesem Softwarepaket bietet Linseis eine umfassende Lösung für die Programmierung aller gerätespezifischen Einstellungen und Steuerfunktionen sowie für die Datenspeicherung und -auswertung. Das Paket wurde von unseren hauseigenen Softwarespezialisten und Applikationsexperten entwickelt und hat sich seit Jahren bewährt.

Allgemeine Eigenschaften

Automatische Auswertung des Seebeck-Koeffizienten und der elektrischen Leitfähigkeit
Automatische Kontrolle der Probenkontaktierung
Automatische Messprogramme erstellen
Erstellung von Temperaturprofilen und Temperaturgradienten für die Seebeck-Messung
Farbwiedergabe in Echtzeit
Automatische und manuelle Skalierung
Darstellung der Achsen frei wählbar (z.B. Temperatur (x-Achse) versus Delta L (y-Achse))
Mathematische Berechnungen (z. B. erste und zweite Ableitung)
Datenbank zur Archivierung aller Messungen und Auswertungen
Multitasking (verschiedene Programme können gleichzeitig verwendet werden)
Multi-User-Option (Benutzerkonten)
Zoom-Optionen für Kurvenschnitte
Eine beliebige Anzahl von Kurven kann zum Vergleich übereinander geladen werden
Menü Online-Hilfe
Freie Beschriftung von Kurven
Vereinfachte Exportfunktionen (CTRL C)
EXCEL®- und ASCII-Export von Messdaten
Statistische Trendauswertung (Mittelwertkurve mit Konfidenzintervall)
Tabellarische Darstellung der Daten

Applikationen

Applikationsbeispiel: Auswertung gewonnener Daten durch lineare Regression

Seebeck-Spannung/Temperaturgradient (blau), gemessen während des Sweeps der Gradientenheizungsleistung zusammen mit der linearen Regression (rot).

Der Seebeck-Koeffizient wird durch die Steigung der linearen Regression bestimmt.

Applikationsbeispiel: Datenauswertung

Bei dieser Methode wird der Seebeck-Koeffizient relativ zu Alumel gemessen. Um den absoluten Seebeck-Koeffizienten zu berechnen, wird Platin relativ zum Alumel-Draht über die Temperatur gemessen.

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