二探针法测量纳米线电阻率的有限元研究

摘要

纳米材料因其特殊的结构，呈现出一系列优异的力、热、光、电、磁、声、储氢、吸波等性质，具有广阔而深远的应用前景。因而对纳米材料的电学性质研究也成为当前研究的一大热点。在测量的过程中存在着许多影响结果可靠性的因素，主要包括电极的因素和样品的因素。本论文针对在测量过程中存在的这些问题，利用有限元分析方法，主要从电极因素(如电极间距、电极厚度和电极电导阻率等)和样品因素(如样品的半径和样品的电阻率等)两个方面，详细分析了两探针测量方法下电极和样品因素对一维纳米材料的测量准确度的影响。
　　 第二章，简单介绍了有限元分析法，主要包括有限元分析方法的基本思想，基本构成，有限元分析法计算的基本步骤和有限元分析法在电磁场中的应用，以及ANSYS软件的主要特点，软件的基本构架和软件的主要功能等。
　　 第三章，从电极因素方面对测量准确度的影响进行考虑，主要包括改变电极间距，电极厚度和电极电阻率等。分析结果显示电极厚度和电极的电阻率对测量基本没有影响。电极间距对测量准确度有明显的影响，随着电极间距的增大，测量的误差会减小。当电极间距与样品的直径比小于15时，测量准确度随着电极间距的减小而急剧增大；当电极间距与样品直径比值大于15时，其测量的结果比较精确，并且基本适用于各种类型的材料。
　　 第四章，从样品因素方面对测量准确度的影响进行考虑，主要包括改变样品的直径、样品的电阻率和接触面积等。研究结果表明两电极法在测量半导体样品时具有较好的测量准确度，而当测量的样品接近于金属性时，增大电极间距才能获得可接受的测量准确度。对于较大电阻率的样品，电极间距的变化在一定的范围时才能获得精确的测量结果，而不是电极间距越大结果越精确。