電極指電子或電氣裝置、設備中的一種部件,用做導電介質(固體、氣體、真空或電解質溶液)中輸入或導出電流的兩個端。
樣品在進行電輸運測量前,首先要制作電極,而電極的制作方法和制作質量的不同、會導致接觸電阻差異非常大!所以,要格外注意。
電極的制作方法有:導電銀膠法、壓銦法、鍍膜法、點焊法等。下面,我們逐一介紹。
1.導電銀膠法;2.壓銦法;3.鍍膜法;4.點焊法。
導電銀膠法:
導電銀膠是固化后或干燥后,可以導電的一種粘結劑。其主要由導電的金屬銀顆粒和環氧樹脂組成。
市場上有很多品牌和型號的銀膠,其銀粉顆粒大小不同,與環氧膠的比例不同,因而性能差異很大。我們試用過幾個品牌的銀膠,發現美國杜邦5007E可以用于低溫下輸運測量。接觸電阻最好時,可以達到幾個歐姆。
使用方法:將鉑絲(直徑約20um)的jian端粘一些銀膠,而后放置在樣品所需之處,大約15min,銀膠干燥了就可以了。
優缺點:操作簡單,不破壞樣品;但是,接觸電阻往往隨溫度變化而變化。
壓銦法:
銀膠法雖然簡單,但是當樣品表面有一層氧化膜時,此方法就無法使用了。此時就要用“壓銦法"來解決。
壓銦法是將一小段銦絲,用硬物反復地壓、擦于樣品需要制作電極的地方,一直到樣品局部表面層破裂,金屬鋼滲入到破裂的縫隙中為止。
然后,將鉑絲放置在該處,之后有兩種方法處理:一種方法是繼續壓銦在鉑絲上面,通過銦的形變來保持鉑絲和鋼牢牢地接觸;另一種方法是用電烙鐵微微加熱,使鉑絲和錮熔合在一起。
壓銦法的優點是簡單、容易;缺點是失誤率較高,且破壞樣品,對于較小、較薄的樣品,很難操作。
鍍膜法
現在有很多種鍍金屬薄膜的方法,如熱蒸發、磁控濺射、電子束蒸發等。在樣品上覆蓋掩模板,就可以在特定的區域鍍上一層金屬膜作為樣品的電極。
鍍膜法的好處是,它可以在真空中完成,因此,樣品不會被空氣氧化;另外,通過選取合適的金屬,可以制作出接觸電阻很小的電極;再有,通過精加工的掩模板,可以使電極的形狀非常規則。尤其在測量霍爾電壓時,這會非常重要。這是因為橫向霍爾電壓電極的位置是否在等電位上,對減少縱向電阻分量影響至關重要。
鍍膜法雖然對工藝要求高一點,但是優點太多,因此越來越多的實驗組采用這個方法了。
點焊法
例如,超聲金屬點焊機,其原理是把超聲波的振動轉換成電極與樣品表面的摩擦運動;在摩擦過程中,樣品上金屬的氧化層會破壞掉,并且產生熱量使金屬變軟,分子更活躍;同時對其施加壓力,使電ji端面與金屬面互相浸入而形成分子間的熔合。
制作時,首先要在樣品上需要制作電極的地方鍍一小塊金屬膜(一般是金膜),然后將金線一端點焊在金膜上面,金線的另一端,連接在外部測量點上。
該方法的優點是:接觸電阻可以很小,電極點也可以很?。?span style="font-family: Calibri;">20um),因此可以適用于很小的樣品;金屬線和金屬膜可以選用同種金屬,以che底消除接觸電勢、熱電勢和熱脹冷縮等的隱患。缺點是:制作相對麻煩,接觸點不及銀膠法牢靠,對制作工藝要求稍高些。
總之,制作電極有很多種方法,不同的方法效果也不同。當我們準備測試一個新的樣品時,要試驗幾種電極制作方法,并比較它們的結果,如接觸電阻、接觸勢壘大小、冷熱循環后電極變化情況等,最后選擇一種★好的方法來制作電極。
在電輸運的實驗研究中,電極制作是基礎的基礎,務必要精心準備!否則,我們的實驗數據要么有規律無法發現;要么就是系統誤差導致的假象規律,要么就是噪聲很大而無法使用的數據!