專利名稱:礦物半導體檢測方法及儀器的制作方法
本發(fā)明是一種測定礦物的物理性能的方法及裝置。
目前檢測半導體物質(zhì)的方法有多種，如接觸測量的二探針法、四探針法，非接觸測量的微波測量法，電感測量法。探針法是測量試樣的電阻率，方法簡單。但對試樣的形狀體積要求比較苛刻，要求試樣有一定的接觸面積，接觸面要平整。而且由于接觸電阻項的存在，測量結(jié)果會產(chǎn)生很大偏差。非接觸的微波測量法。電感測量法也都是間接通過電阻測量來判定試樣電阻率的方法，雖然理論上講非接觸測量結(jié)果比較精確，但試樣需精確成形是一個最大的缺點。這樣，對于形狀不規(guī)則天然礦物特別是體積很小的礦物顆粒，上述兩類檢測方法都無能為力。ⅡB型天然金鋼石的測定就是這種情況。天然金鋼石根據(jù)含氮量多少可以劃分為三種類型Ⅰ型、Ⅱ型、過渡型，這三類金鋼石的區(qū)分是通過紅外分光光度計完成的。Ⅱ型金鋼石又分為ⅡA和ⅡB兩個亞型，ⅡA為絕緣體，具有很高的熱傳導性能，可以作為紅外窗口材料，ⅡB型具有半導體性能，耐高溫，有較高的機械強度和抗腐蝕性能，可以制成金鋼石整流器，金鋼石三極管等器件，這些金鋼石半導體器件具有體積小、功率大、耐高溫等優(yōu)點。檢測出半導體金鋼石有很重要的意義，目前國際上檢測金鋼石半導體采用前述的探針法，只能檢測一些體積較大的金鋼石顆粒，且需要進行表面修整，破壞了金鋼石顆粒的完整性，降低了金鋼石的價值。
本發(fā)明是一種新的檢測礦物半導體的方法及裝置。本發(fā)明摒棄了過去一直沿用的直接或間接測量試樣電阻率來鑒定該試樣是否為半導體物質(zhì)的方法，而是根據(jù)金屬和摻雜濃度不高的半導體緊密接觸，可構成肖特基二極管，具有整流特性這一原理。將被測礦物試樣置于兩個電極之間，使礦物試樣與其中一個電極形成整流接觸，與另一個電極形成歐姆接觸，構成類似肖特基二極管結(jié)構，然后給予交流信號，構成電子回路，如果被測礦物具有半導體性能，則其與金屬緊密接觸構成的肖特基二極管具有整流特性，能對交流信號進行整流，產(chǎn)生直流信號，如果被測礦物不具有半導體性能，則其與金屬緊密接觸形成的結(jié)構不具有整流特性，因而不會有直流信號產(chǎn)生。
利用本發(fā)明的方法而設計的檢測礦物半導體的裝置由主機、示波器和載裝臺三部分組成。載裝臺(圖1)的作用是把礦物試樣同電極構成類似肖特基二極管的結(jié)構。載裝臺由上、下電極(3)(5)、用于熱電極法檢測的加熱器(1)、冷卻臺(6)等組成，最關鍵的部件是電極，為適應檢測不同粒度的礦物，有兩套電極裝置，即冷電極裝置和熱電極裝置。圖2為冷電極裝置。1為金屬制作的上電極，2為試樣顆粒，3為導電橡膠或?qū)щ姌渲频南码姌O，4為金屬制下電極托板。圖2中上電極(1)為金屬制造，與試樣(2)緊密接觸，形成類似肖特基裝置，如果下電極也同樣是金屬電極則形成兩個方向相反的類似肖特基裝置，這樣即使該試樣具有半導體特性，整個結(jié)構也不具有整流特性。所以必須使下電極與試樣形成無整流作用的歐姆接觸。使用導電橡膠(3)或?qū)щ姌渲麟姌O，下面襯以金屬托板(4)，導電橡膠或?qū)щ姌渲哂袎嚎s性，可以使礦物顆粒(2)與下電極(3)形成歐姆接觸，僅與上電極(1)形成整流接觸，構成肖特基二極管形式裝置，然后通以交流信號，看其是否具有整流作用以確定該礦物顆粒是否具有半導體特性。但是對于厚度小于1mm的礦物試樣，用冷電極法就不行了，因為導電橡膠或?qū)щ姌渲哂袎嚎s性，礦物試樣易全部陷于導電橡膠或?qū)щ姌渲瑑?nèi)，而使上下電極接觸短路。對于粒度小于1mm大于0.5mm的礦物試樣使用熱電極法測定其半導體特性，熱電極裝置(圖3)的特點是利用恒溫熱電極(2)代替導電橡膠或?qū)щ姌渲V物試樣實現(xiàn)歐姆接觸，熱電極裝置的兩個電極都是金屬制成，若不加熱，則礦物顆粒同上下兩電極形成同樣的類似肖特基二極管式的裝置，而方向相反，即使被測礦物顆粒具有半導體特性。整個裝置也無整流作用。如對上電極加熱，由于熱電極整流作用比冷電極整流作用小，所以上電極與試樣的接觸相當于歐姆接觸下電極與試樣的接觸相當于整流接觸，整個裝置就具有了整流作用。加熱器內(nèi)裝了用以控制恒溫的測溫傳感熱敏元件。(圖1中(2))。
主機的作用是排除電場、磁場及電子噪聲干擾，把微弱的直流信號取出放大，推動安裝在主機上的直流微安表頭偏轉(zhuǎn)，同時將直流信號送給示波器，顯示出信號波形，直觀了解試樣半導體特性的好壞。
本發(fā)明的檢測礦物半導體的方法擺脫了過去一直沿用的測量電阻率的框框，采用了全新的直接測量礦物顆粒半導體特性的辦法，操作簡單、準確;突破了過去小礦物顆粒無法測量半導體特性的禁區(qū);本發(fā)明為探討某些礦物成礦理論的地質(zhì)科研提供了有力的實驗手段。
曾利用本發(fā)明的儀器對遼寧、貴州、湖南、山東等不同產(chǎn)地、不同形狀的金鋼石進行了大量測試，共測試1604顆金鋼石，測出129顆半導體金鋼石。不僅從Ⅱ型金鋼石中檢測出ⅡB型金鋼石，還從Ⅰ型、過渡型金鋼石發(fā)現(xiàn)了半導體金鋼石。
權利要求
1.一種檢測礦物是否具有半導體性能的方法，其特征在于將礦物試樣置于兩個由導電材料制成的電極之間，并使礦物試樣與其中一個電極形成整流接觸，與另一個電極形成歐姆接觸，構成一個類似肖特基二極管結(jié)構，然后通以交流信號，看其是否具有整流特性以判定該礦物是否為半導體，如果有整流特性，則該結(jié)構成肖特基二極管，該礦物為半導體。
2.一種利用權利要求
1所述方法而設計的礦物半導體檢測儀器，該儀器由工作主機、載裝臺(圖1)和示波器三部分組成，其特征在于載裝臺上裝有用來與試樣構成肖特基結(jié)構的上、下電極(3)(4)，用于熱電極法檢測的加熱器(1)、冷卻臺(6)。
3.一種如權利要求
2所述的礦物半導體檢測儀器，其特征在于其中一個電極用金屬制成，另一個電極用金屬或者導電橡膠或者導電樹脂制成。
4.一種如權利要求
2所述的礦物半導體檢測儀器，其特征在于所說的加熱器(1)中裝有用以溫度控制的測溫傳感熱敏元件(2)。
專利摘要
本發(fā)明屬于測定礦物的物理性能的方法和裝置。目前國內(nèi)外測定礦物是否具有半導體特征均采用直接或間接測定該礦物電阻率的方法如兩針法、四針法等。但不適于對一些表面形狀不規(guī)則，體積很小的物質(zhì)，如礦物顆粒進行測定。本發(fā)明基于新的原理來檢測表面不規(guī)則體積小的礦物半導體性能，使該礦物同電極組成類似肖特基二極管結(jié)構，檢測該結(jié)構是否具有整流特性從而判定該物質(zhì)是否具有半導體特性。
文檔編號G01N27/00GK85103885SQ85103885
公開日1986年12月10日 申請日期1985年5月7日
發(fā)明者趙亨達 申請人:遼寧省地質(zhì)實驗研究中心導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan