JP3468300B2 - Method and apparatus for measuring thermal and electrical properties of thin film thermoelectric materials - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は熱電物質の熱的及び
電気的特性を測定する方法及び装置に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method and apparatus for measuring the thermal and electrical properties of thermoelectric materials.

【０００２】[0002]

【従来の技術】新規の薄膜熱電物質の開発における主な
課題の１つは、それらの熱的及び電気的特性の一貫性の
ある正確な測定を獲得することにある。従来の方法は、
測定のために使用されるプローブに関連する電気的及び
熱的な寄生損失の増加のために、微視的な特性解析（ch
aracterization）に容易に拡張できない問題がある。更
に、調査される一部の新規物質の構造的な安定性の欠如
が、従来のプローブ方法を非実用的なものにしている。BACKGROUND OF THE INVENTION One of the main challenges in developing new thin film thermoelectric materials is to obtain consistent and accurate measurements of their thermal and electrical properties. The traditional method is
Due to the increased electrical and thermal parasitic losses associated with the probe used for the measurement, microscopic characterization (ch
aracterization) has a problem that it cannot be easily extended. Furthermore, the lack of structural stability of some of the new materials investigated makes conventional probe methods impractical.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】例えば、"ＺＴメータ"
などのプローブを使用する測定の場合、過渡現象の時間
スケールが短くなり、電気測定において誤差を導入す
る。従って、熱電物質の熱寄生損失及び構造的安定性に
関わる既知の方法の問題を克服し、熱電物質の熱的及び
電気的特性の測定を行うことのできる装置及び方法が待
望される。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention For example, "ZT meter"
In the case of measurement using a probe such as, the time scale of the transient phenomenon becomes short, and an error is introduced in the electric measurement. Therefore, there is a need for an apparatus and method that overcomes the problems of known methods relating to thermoparasitic losses and structural stability of thermoelectric materials and is capable of making measurements of the thermal and electrical properties of thermoelectric materials.

【０００４】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、走査原子力顕
微鏡を用いて、微視的な熱電物質サンプルを測定及び特
性解析する方法及び装置を提供する。本方法は走査熱プ
ローブを使用する熱的及び電気的同時測定を基礎とし、
走査熱顕微鏡（ＳＴｈＭ：scanning thermal microscop
e）の適用性を、熱電物質の特性解析へと拡張する。The present invention provides a method and apparatus for measuring and characterizing microscopic thermoelectric material samples using a scanning atomic force microscope. The method is based on simultaneous thermal and electrical measurements using a scanning thermal probe,
Scanning thermal microscop (SThM)
Extend the applicability of e) to the characterization of thermoelectric materials.

【０００５】本発明のプローブは、２つの熱電対などの
２つの温度センサを用いて、プローブのコーン（cone）
チップの先端及び底部の電圧を測定する。これらの電
圧、及びサンプル物質にわたって測定された電圧から、
サンプル物質のゼーベック係数、熱伝導率及び抵抗が正
確に決定される。The probe of the present invention uses two temperature sensors, such as two thermocouples, to provide a probe cone.
Measure the voltage at the tip and bottom of the chip. From these voltages, and the voltages measured across the sample material,
The Seebeck coefficient, thermal conductivity and resistance of the sample material are accurately determined.

【０００６】これらの熱電特性が、次に多くの異なるア
プリケーションにおいて使用され得る。例えば、熱電特
性が、スケールされたシリコン素子の特性解析に使用さ
れる。そこでは、ゼーベック係数の正確な空間変化が、
シリコン素子に関わる正確なドーパント・プロファイリ
ングをもたらす。本発明の他の特徴及び利点が、後述の
好適な実施例において述べられ、これらを参照すること
により、当業者に明らかとなろう。These thermoelectric properties can then be used in many different applications. For example, thermoelectric properties are used to characterize scaled silicon devices. Where the exact spatial variation of the Seebeck coefficient is
Provides accurate dopant profiling for silicon devices. Other features and advantages of the present invention are set forth in the preferred embodiments described below and will be apparent to those of ordinary skill in the art by reference to these.

【０００７】[0007]

【発明の実施の形態】本発明は、熱電物質の熱的及び電
気的特性を測定及び特性解析する方法及び装置を提供す
る。本発明は、熱電対及びサーミスタ・プローブ型温度
センサなどの、熱プローブとして設計された温度センサ
を利用し、また熱プローブ・チップにある表面電極を用
いて、熱電物質のサンプルの電気測定を行う。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a method and apparatus for measuring and characterizing the thermal and electrical properties of thermoelectric materials. The present invention utilizes temperature sensors designed as thermal probes, such as thermocouples and thermistor probe type temperature sensors, and also uses surface electrodes on the thermal probe tip to make electrical measurements of samples of thermoelectric material. .

【０００８】本発明の好適な実施例は、２つの熱電対を
本発明の温度センサとして使用する。しかしながら、本
発明はその趣旨及び範囲から逸れることなく、他のタイ
プの温度センサを使用することにより、プローブ上の様
々なポイントでの温度値を測定してもよい。例えば、本
発明は２つの熱電対ではなく、好適な実施例の１つ以上
の熱電対の代わりに、またはそれに加えて、１つ以上の
サーミスタを使用してもよい。しかしながら、説明の都
合上、本発明は、温度を測定するために使用される２つ
の熱電対を有するプローブに関して述べられる。The preferred embodiment of the present invention uses two thermocouples as the temperature sensor of the present invention. However, without departing from the spirit and scope of the present invention, other types of temperature sensors may be used to measure temperature values at various points on the probe. For example, the present invention may use one or more thermistors instead of or in addition to one or more thermocouples in the preferred embodiment, rather than two thermocouples. However, for purposes of explanation, the present invention will be described with respect to a probe having two thermocouples used to measure temperature.

【０００９】プローブ設計：図１は、本発明に従うプロ
ーブ１００の２つの図を示す。図１に示されるプローブ
は、熱電物質の熱電特性を後述のように測定するために
使用される。図１のプローブは、２つの熱電対を用い
て、試験対象の熱電物質サンプルの熱電特性を計算する
ために使用される温度の測定を提供する。Probe Design: FIG. 1 shows two views of a probe 100 according to the present invention. The probe shown in FIG. 1 is used to measure the thermoelectric properties of thermoelectric materials as described below. The probe of FIG. 1 uses two thermocouples to provide a temperature measurement used to calculate the thermoelectric properties of the thermoelectric material sample under test.

【００１０】図１に示されるように、プローブ１００は
カンチレバー基板構造１１０、第１のリード１２０、第
２のリード１３０、第３のリード１４０、第４のリード
１４５、リフレクタ１５０、及びコーン（cone）１６０
を含む。リード１２０乃至１４５は、後述のように、プ
ローブ・チップ１６０（コーン・チップ）の温度及びサ
ンプル物質の温度を測定するために使用される、２つの
熱電対を形成する。これらの測定から、サンプル物質の
熱電特性が決定される。As shown in FIG. 1, the probe 100 includes a cantilever substrate structure 110, a first lead 120, a second lead 130, a third lead 140, a fourth lead 145, a reflector 150, and a cone. ) 160
including. The leads 120-145 form two thermocouples that are used to measure the temperature of the probe tip 160 (cone tip) and the temperature of the sample material, as described below. From these measurements, the thermoelectric properties of the sample material are determined.

【００１１】リフレクタ１５０は、検出器（図示せず）
に向けられるレーザ・ビームを反射するために使用され
る。レーザ・ビーム、リフレクタ１５０及び検出器は、
カンチレバー構造１１０のたわみを測定し、プローブ・
チップ１６０とサンプル物質との間の距離を一定値に維
持するために使用される。The reflector 150 is a detector (not shown).
Used to reflect a laser beam that is directed at. The laser beam, reflector 150 and detector are
The deflection of the cantilever structure 110 is measured, and the probe
It is used to maintain a constant distance between the tip 160 and the sample material.

【００１２】図２は、プローブ・チップ１６０の横断面
を示す。図２に示されるように、プローブ・チップ１６
０は、多数の異なる物質層から構成される。典型的な実
施例に関わる後述の特定の物質は、例証を目的とするも
ので、類似の特性を有する他の物質も、ここで使用され
る物質の代わりに、またはそれらに加えて、本発明の趣
旨及び範囲から逸れることなく、使用され得る。FIG. 2 shows a cross section of the probe tip 160. As shown in FIG. 2, the probe tip 16
0 is composed of a number of different material layers. The specific materials described below in connection with the exemplary embodiments are for illustrative purposes, and other materials having similar properties may also be used in place of or in addition to the materials used herein. It can be used without departing from the spirit and scope of.

【００１３】プローブ・チップ１６０の形成が、図２を
参照して述べられる。プローブの様々な層を形成するた
めに使用される、付着やエッチングなどの機構は、一般
に、半導体チップ・メーカには周知である。しかしなが
ら、これらの機構はここで述べる構造を形成するために
は、従来使用されてこなかった。The formation of probe tip 160 is described with reference to FIG. Mechanisms such as deposition and etching used to form the various layers of the probe are generally well known to semiconductor chip manufacturers. However, these mechanisms have not previously been used to form the structures described herein.

【００１４】カンチレバー基板１１０が最初に、シリコ
ンまたは窒化ケイ素物質により形成される。酸化ケイ素
コーン１６０が、カンチレバー基板１１０上に形成され
る。次に、２次金属層がカンチレバー基板１１０及びコ
ーン１６０上に形成される。２次金属層は、例えばクロ
ムであり、第２のリード１３０及び第３のリード１４０
を形成するために使用される。The cantilever substrate 110 is first formed of silicon or silicon nitride material. A silicon oxide cone 160 is formed on the cantilever substrate 110. Next, a secondary metal layer is formed on the cantilever substrate 110 and the cone 160. The secondary metal layer is, for example, chrome, and is used for the second lead 130 and the third lead 140.
Used to form the.

【００１５】クロム層は、カンチレバー基板１１０及び
コーン１６０の全てを覆う訳ではない。むしろ、図２に
示されるように、コーン１６０の底部のクロム層の一部
がエッチングにより除去され、２本のリード１３０及び
１４０が互いに接触することなく形成される。The chrome layer does not cover all of the cantilever substrate 110 and cone 160. Rather, as shown in FIG. 2, a portion of the chrome layer at the bottom of cone 160 is etched away and the two leads 130 and 140 are formed without contacting each other.

【００１６】一旦２本のリード１３０及び１４０が形成
されると、酸化ケイ素層１８０がクロム層上に形成され
る。酸化ケイ素層１８０はコーンの頂点、及びコーンの
底部のあるポイントにおいてエッチングされて、２つの
熱電対を形成する。そして、この熱電対が本発明におい
て、サンプル物質の熱電特性測定を行うために使用され
る。Once the two leads 130 and 140 have been formed, a silicon oxide layer 180 is formed on the chromium layer. Silicon oxide layer 180 is etched at the apex of the cone and some point on the bottom of the cone to form two thermocouples. This thermocouple is then used in the present invention to measure the thermoelectric properties of the sample material.

【００１７】酸化ケイ素層１８０が形成された後、１次
金属層１２０が形成される。１次金属層１２０は、典型
的な実施例では、白金／イリジウムから成るが、特定の
アプリケーションに特に適した特性を有することが判明
している任意の他のタイプの金属であってもよい。図２
に示されるように、１次金属層１２０は、エッチングに
より、コーンの底部の近くの位置において除去され、そ
れにより第１及び第４のリード１２０及び１４５が形成
される。After the silicon oxide layer 180 is formed, the primary metal layer 120 is formed. Primary metal layer 120 is comprised of platinum / iridium in the exemplary embodiment, but may be any other type of metal that has been found to have properties that make it particularly suitable for a particular application. Figure 2
The primary metal layer 120 is etched away at a location near the bottom of the cone, thereby forming first and fourth leads 120 and 145, as shown in FIG.

【００１８】酸化ケイ素層１８０がエッチングにより除
去されたポイントでの、１次及び２次金属層の相互作用
が、熱電特性の測定に使用される熱電対を形成する。２
重の熱電対の動作に干渉しない限り、追加の金属層が図
２に示される構造に追加されてもよい。例えば後述のよ
うに、カンチレバー構造１１０を過熱するために、細い
ワイヤがカンチレバー構造に追加されてもよく、それに
より温度差を生成する。The interaction of the primary and secondary metal layers at the point where the silicon oxide layer 180 is etched away forms the thermocouple used to measure the thermoelectric properties. Two
Additional metal layers may be added to the structure shown in FIG. 2 as long as they do not interfere with the operation of the heavy thermocouple. For example, as described below, thin wires may be added to the cantilever structure to overheat the cantilever structure 110, thereby creating a temperature differential.

【００１９】図１及び図２に示されるプローブ構造は、
円錐形状のプローブ・チップを示すが、プローブ・チッ
プは所望の任意の形状であってよい。例えば、円錐形状
のプローブ・チップは非常に狭いまたは非常に広い直径
を有してよく、また先端において、任意の値の内角を有
してよい。しかしながら、より狭い先端が好ましい。な
ぜなら、狭い先端は測定温度フィールドをより小さな領
域に局所化し、プローブがより小さな規模の物質の熱電
特性を測定することを可能にするからである。The probe structure shown in FIGS. 1 and 2 is
Although a conical probe tip is shown, the probe tip can be any desired shape. For example, a conical probe tip may have a very narrow or a very wide diameter, and may have any value of interior angle at the tip. However, a narrower tip is preferred. The narrow tip localizes the measured temperature field to a smaller area, allowing the probe to measure thermoelectric properties of smaller scale materials.

【００２０】前述のプロセスを用いて形成されるプロー
ブは、多くの異なるアプリケーションにおいて、測定を
行うために使用される。プローブはナノ・スケールの構
造の熱電特性の測定、半導体物質のシリコン・ドーパン
トのプロファイリング、及び巨大磁気抵抗ヘッドの特性
解析などに使用される。本発明はプローブのある１つの
アプリケーションに限定されるものではなく、プローブ
が形成される全ての可能なアプリケーションを網羅する
ように意図されるものである。Probes formed using the process described above are used to make measurements in many different applications. The probe is used for measuring thermoelectric properties of nanoscale structures, profiling silicon dopants in semiconductor materials, and characterizing giant magnetoresistive heads. The present invention is not limited to one application of probes, but is intended to cover all possible applications for which probes are formed.

【００２１】当業者であれば、本発明のプローブが、後
述の較正及び計算が行われるコンピュータ・システムと
一緒に使用されることが理解できよう。プローブは測定
量を提供するために使用され、この測定量が次にコンピ
ュータ・システムにより処理されて、プローブを較正
し、試験対象の物質の熱電特性の値を生成する。Those skilled in the art will appreciate that the probe of the present invention may be used with computer systems where the calibration and calculations described below are performed. The probe is used to provide a measurand, which is then processed by a computer system to calibrate the probe and generate a thermoelectric property value for the material under test.

【００２２】プローブの較正：プローブがサンプル物質
の熱電特性を測定するために使用される前に、プローブ
が較正されなければならない。較正は、熱電特性の関係
を得るために、その熱電特性が一般に知れているサンプ
ルを用いて行われる。較正方法は一般に次のステップを
含む。 １）各熱電対にかかる電圧を測定する。 ２）ボトム・リードからサンプルの裏面までの温度を測
定する。 ３）前記測定にもとづき、ＮＩＳＴ（米国連邦情報・技
術局）基準に従い温度を較正する。 ４）サンプルの既知の熱電特性を用いて熱流を較正す
る。Calibration of the probe: The probe must be calibrated before it can be used to measure the thermoelectric properties of the sample material. Calibration is performed using samples whose thermoelectric properties are generally known to obtain thermoelectric properties. The calibration method generally includes the following steps. 1) Measure the voltage across each thermocouple. 2) Measure the temperature from the bottom lead to the back of the sample. 3) Based on the above measurements, calibrate the temperature according to NIST (US Federal Information and Technology Agency) standards. 4) Calibrate the heat flow using the known thermoelectric properties of the sample.

【００２３】図３は、本発明に従う混合モード動作プロ
ーブの回路図を示す。図３に示されるように、プローブ
１００は第１のリード１２０、第２のリード１３０、及
び第３のリード１４０を含む。プローブ・チップ１６０
において熱電対に接続される、第１及び第２のリード１
２０及び１３０の間にかかる電圧Ｖ_t1は、プローブのコ
ーンの先端の温度と、先端から出る熱流とをモニタする
ために使用される。底部において熱電対に接続される、
第３及び第４のリード１４０及び１４５の間にかかる電
圧Ｖ_t2は、プローブのコーンの底部の温度と、熱流とを
モニタするために使用される。これらの電圧にもとづ
き、コーンの先端と底部との間の温度差ΔＴ_tが計算さ
れる。第１及び第５のリード１２０及び３３０での電流
−電圧（Ｉ−Ｖs）測定が、熱電物質サンプル３１０の
電気特性を解析する。FIG. 3 shows a schematic diagram of a mixed mode operating probe according to the present invention. As shown in FIG. 3, the probe 100 includes a first lead 120, a second lead 130, and a third lead 140. Probe tip 160
First and second leads 1 connected to a thermocouple at
The voltage V _t1 applied between 20 and 130 is used to monitor the temperature at the tip of the probe cone and the heat flow out of the tip. Connected to a thermocouple at the bottom,
The voltage V _t2 applied across the third and fourth leads 140 and 145 is used to monitor the temperature at the bottom of the probe cone and the heat flow. Based on these voltages, the temperature difference ΔT _t between the tip and the bottom of the cone is calculated. Current-voltage (I-Vs) measurements on the first and fifth leads 120 and 330 analyze the electrical properties of the thermoelectric material sample 310.

【００２４】プローブ・チップにおける温度センサ、す
なわち熱電対は、多くの異なる方法により較正されう
る。特に、本発明の好適な実施例では、較正済みの表面
の底部上、及び熱電冷却器（ＴＥＣ：thermoelectric c
ooler）３２０の金属表面上において、プローブ・チッ
プを同時に走査することにより、プローブ・チップの温
度センサを較正する。例えば、図５に示されるように、
較正済みの物質は、熱電冷却器３２０上に置かれた較正
済みのシリコン・ダイオードの白金ベースであり、金属
表面は熱電冷却器３２０の銅金属表面である。別の較正
では、例えば図６に示されるように、熱電冷却器の金属
表面の走査が、較正済みのＥタイプの熱電対により、同
時にモニタされる。較正が行われる特定の態様に関わら
ず、温度較正方法は本質的に同じである。The temperature sensor, or thermocouple, at the probe tip can be calibrated by many different methods. In particular, in the preferred embodiment of the present invention, on the bottom of the calibrated surface and in a thermoelectric cooler (TEC).
The probe tip temperature sensor is calibrated by simultaneously scanning the probe tip on the metal surface of the ooler) 320. For example, as shown in FIG.
The calibrated material is a calibrated silicon diode platinum base placed on the thermoelectric cooler 320 and the metal surface is the copper metal surface of the thermoelectric cooler 320. In another calibration, the scanning of the metal surface of the thermoelectric cooler is simultaneously monitored by a calibrated E-type thermocouple, as shown for example in FIG. Regardless of the particular manner in which the calibration is done, the temperature calibration method is essentially the same.

【００２５】コーン１６０の先端及び底部の温度セン
サ、すなわち熱電対は、様々な先端及びサンプル温度の
電圧値を測定するために使用される。本発明によれば、
サンプルの温度を周囲温度の近傍で増減するために、プ
ローブ１００のカンチレバーたわみを検出するために使
用されるレーザがオフされ、熱電冷却器３２０が作動さ
れる。Temperature sensors, or thermocouples, at the tip and bottom of cone 160 are used to measure voltage values at various tip and sample temperatures. According to the invention,
The laser used to detect the cantilever deflection of the probe 100 is turned off and the thermoelectric cooler 320 is activated to increase or decrease the temperature of the sample near ambient temperature.

【００２６】電圧Ｖ_t1及びＶ_t2の測定は熱電対を用いて
行われ、較正済みの表面の電圧と温度の関係をプロット
するために使用される。ＮＩＳＴ（米国連邦情報・技術
局）温度基準を用いて、電圧と温度の関係が既知のポイ
ントを用いて特定される。図７は、先端電圧と先端温度
との典型的な関係を示す。このように、熱電センサ電圧
Ｖと温度Ｔとの間で、１対１の関係を示すテーブルが得
られる。The measurements of the voltages V _t1 and V _t2 are made using thermocouples and are used to plot the calibrated surface voltage versus temperature. The NIST (Federal Information and Technology Agency) temperature standard is used to identify the relationship between voltage and temperature using known points. FIG. 7 shows a typical relationship between tip voltage and tip temperature. Thus, a table showing a one-to-one relationship between the thermoelectric sensor voltage V and the temperature T is obtained.

【００２７】前述の方法は本発明の好適な実施例で使用
されるが、温度較正を行う他の方法も、本発明の趣旨及
び範囲から逸脱することなく、本発明と共に使用され得
る。While the method described above is used in the preferred embodiment of the present invention, other methods of performing temperature calibration may be used with the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.

【００２８】一旦温度較正が実行されると、熱電センサ
が熱流の測定のために較正されなければならない。熱流
較正は、既知の熱電特性を有する物質を利用する。特
に、既知のゼーベック係数α及び熱伝導率λ_kを有する
物質が利用される。Once the temperature calibration has been performed, the thermoelectric sensor must be calibrated for the measurement of heat flow. Heat flow calibration utilizes materials with known thermoelectric properties. In particular, substances with known Seebeck coefficient α and thermal conductivity λ _k are used.

【００２９】図４は、本発明に従う熱較正の基本的方法
を示す図である。先端からサンプル表面への熱流Ｑが、
接触モード動作において、プローブ・チップを熱電物質
上で走査することにより較正される。ここで熱電物質
は、Ｂｉ_0.5Ｓｂ_1.5Ｔｅ₃、Ｂｉ₂Ｔｅ_2.9Ｓｅ_0.1、Ｚｎ
Ｓｂ及びＢｉ結晶であり、これらのゼーベック係数α_k
nown及び熱伝導率λ_knownは既知である。熱流平衡は次
式で表わされる。FIG. 4 illustrates the basic method of thermal calibration according to the present invention. The heat flow Q from the tip to the sample surface is
It is calibrated by scanning the probe tip over the thermoelectric material in contact mode operation. Here, the thermoelectric material is Bi _0.5 Sb _1.5 Te ₃ , Bi ₂ Te _2.9 Se _0.1 , Zn.
Sb and Bi crystals, and their Seebeck coefficient α _k
nown and thermal conductivity λ _known are known. The heat flow equilibrium is expressed by the following equation.

【００３０】[0030]

【数５】 Ｑ_p（ΔＴ_t）＝Ｇλ_kΔＴ_s （１）## EQU00005 ## Q _p (ΔT _t ) = Gλ _k ΔT _s (1)

【００３１】ここでΔＴ_sはサンプルを横断する温度降
下であり、Ｇは幾何学パラメータである。またＧ ２π
αであり、αはプローブ・チップの"熱"半径である。Δ
Ｔ_sの値は、リード１２０及び１４０の間の熱電対にか
かる電圧と、物質のゼーベック係数との比（Ｖ／α）に
等しい。開回路電圧Ｖ_knownは、リード１２０及び３３
０にわたって測定される。従って、式（１）は次のよう
になる。Where ΔT _s is the temperature drop across the sample and G is the geometric parameter. Also G 2π
α, where α is the "heat" radius of the probe tip. Δ
The value of T _s is equal to the ratio of the voltage across the thermocouple between leads 120 and 140 to the Seebeck coefficient of the material (V / α). The open circuit voltage V _known is determined by the leads 120 and 33.
Measured over zero. Therefore, the equation (1) is as follows.

【００３２】[0032]

【数６】 Ｑ_p（ΔＴ_t）/Ｇ＝λ_known（Ｖ_known/α_known） （２ ）[Equation 6] Q _p (ΔT _t ) / G = λ _known (V _known / α _known ) (2)

【００３３】図８に示されるように、量（Ｑ_p/Ｇ）はθ
で示され、時に正規化熱流と呼ばれ、例えば、たわみを
モニタするために使用されるレーザがオフされ（曲線
ａ）、またオンされるときに（曲線ｂ）、標準状態とし
て作表される。レーザがオフの時、Ｔ_t＝０においてθ
＝０であり、レーザがオンの時、Ｔ_t＝ΔＴ₁においてθ
＝０である。このように、前述の温度及び熱流の較正か
ら、関係Ｖ_t/Ｔ_t及びθ/ΔＴ_tが、プローブ・チップの
完全な熱電較正及び特性解析を提供する。As shown in FIG. 8, the quantity (Q _p / G) is θ
, Which is sometimes referred to as normalized heat flow, and which is used to monitor deflection, for example, is turned off (curve a) and when turned on (curve b) is plotted as a standard condition. . Θ at T _t = 0 when laser is off
= 0 and the laser is on, θ at T _t = ΔT ₁
= 0. Thus, from the temperature and heat flow calibration described above, the relationships V _t / T _t and θ / ΔT _t provide a complete thermoelectric calibration and characterization of the probe tip.

【００３４】物質の熱電特性解析：較正後、本発明は熱
電物質を熱的に特性解析するために使用される。本発明
の方法及び装置は、開回路条件すなわちＩ＝０を利用す
る。本発明の方法及び装置により、未知の熱伝導率λ及
びゼーベック係数αの熱電サンプル上で、先端電圧Ｖ_t
及び開回路電圧Ｖ_soが、較正済みプローブ・チップによ
り同時に測定される。サンプルの裏面の温度Ｔ_bが、サ
ンプルの裏面を冷却することにより、周囲温度より上下
に変化する。或いは、カンチレバー構造１１０内にヒー
タ線が設けられる場合、ヒータ線に高電流を流すことに
より、先端が過熱される。本発明の趣旨及び範囲から逸
れることなく、サンプルにわたって温度差を生成する任
意の方法が使用される。こうすることにより、次の関係
が得られる。Thermoelectric Characterization of Materials: After calibration, the present invention is used to thermally characterize thermoelectric materials. The method and apparatus of the present invention utilizes an open circuit condition or I = 0. The method and apparatus of the present invention allow the tip voltage V _{t to be} measured on a thermoelectric sample of unknown thermal conductivity λ and Seebeck coefficient α.
And the open circuit voltage V _so are measured simultaneously by the calibrated probe tip. The temperature T _b of the back surface of the sample changes above and below the ambient temperature by cooling the back surface of the sample. Alternatively, when a heater wire is provided inside the cantilever structure 110, the tip is overheated by passing a high current through the heater wire. Any method of producing a temperature difference across the sample without departing from the spirit and scope of the present invention may be used. By doing so, the following relationship is obtained.

【００３５】[0035]

【数７】 λΔＴ_s＝λＶ_s/α＝θ（ΔＴ_t） （３）## EQU7 ## λΔT _s = λV _s / α = θ (ΔT _t ) (3)

【００３６】ここでλは物質の未知の熱伝導率であり、
αは物質の未知のゼーベック係数である。Where λ is the unknown thermal conductivity of the material,
α is the unknown Seebeck coefficient of the substance.

【００３７】物質のゼーベック係数に対する熱伝導率の
比率は、プローブ・チップとサンプルとの間の界面特性
に関係無しに、式（３）から正確に測定される。すなわ
ち、The ratio of the thermal conductivity to the Seebeck coefficient of a material is accurately measured from equation (3) regardless of the interfacial properties between the probe tip and the sample. That is,

【００３８】[0038]

【数８】 λ/α＝θ（ΔＴ_t）/Ｖ_s （４）(8) λ / α = θ (ΔT _t ) / V _s (4)

【００３９】熱伝導率またはゼーベック係数のいずれか
が知れている場合、他のパラメータは前記の関係を用い
て実際に決定される。このことは、例えばシリコン・ウ
エハ・チップのドーパント・プロファイリングを行うと
きに、特に有用である。シリコンの熱伝導率は既知であ
るので、チップにわたって本発明のプローブを走査し、
ゼーベック係数を測定することにより、チップ構造内の
ドーパントの正確なプロファイルを得ることができる。
更に、これらの値は熱電冷却器の冷却能力を計算するた
めにも使用され得る。If either the thermal conductivity or the Seebeck coefficient is known, the other parameters are actually determined using the above relationships. This is particularly useful when performing dopant profiling on, for example, silicon wafer chips. Since the thermal conductivity of silicon is known, scan the probe of the invention across the tip,
By measuring the Seebeck coefficient, an accurate profile of the dopant in the chip structure can be obtained.
Further, these values can also be used to calculate the cooling capacity of the thermoelectric cooler.

【００４０】物質の電気的特性解析：電気的特性解析は
熱的分離条件、すなわちＱ_p＝０またはθ＝０を利用す
る。この条件の下で、先端と熱センサとの間の界面にか
かる温度降下は存在しない。先端熱センサがサンプルの
温度を測定する。この条件を達成するために、電気回路
が先端を通じて導通される。Electrical Characterization of Materials: Electrical characterization utilizes thermal separation conditions, ie Q _p = 0 or θ = 0. Under this condition, there is no temperature drop across the interface between the tip and the thermal sensor. A tip thermal sensor measures the temperature of the sample. To achieve this condition, an electrical circuit is conducted through the tip.

【００４１】前述の例では、サンプルの裏面が周囲温度
よりも高い温度に維持される（Ｔ_b＞Ｔ_a）。従って、Ｉ
＝０において、θ＝λΔＴ_s＜０である。電流Ｉは接点
において冷却を生成し、Ｉ＝Ｉ₁において、条件θ＝０
及びＴ_t＝Ｔ_sをもたらす。電流が更に増加されると、冷
却効果が増加し、ジュール熱が熱電冷却効果と平衡する
ような表面温度になるとき、θが最大に達する。更に電
流Ｉを増加すると、θが低下し、Ｉ＝Ｉ₂において、別
のθ＝０条件が得られる（図９参照）。熱電電圧（αΔ
Ｔ_s）はＩ＝Ｉ₁及びＩ＝Ｉ₂において同一である。すな
わち、In the above example, the backside of the sample is maintained at a temperature above ambient temperature (T _b > T _a ). Therefore, I
= 0, θ = λΔT _s <0. The current I produces cooling at the contacts, and at I = I ₁ , the condition θ = 0
And T _t = T _s . As the current is further increased, the cooling effect increases and θ reaches a maximum when the Joule heat reaches a surface temperature that equilibrates with the thermoelectric cooling effect. When the current I is further increased, θ decreases, and when I = I ₂ , another θ = 0 condition is obtained (see FIG. 9). Thermoelectric voltage (αΔ
T _s ) are the same at I = I ₁ and I = I ₂ . That is,

【００４２】[0042]

【数９】 Ｒ＋Ｒ_c＝（Ｖ_s2−Ｖ_s1）/（Ｉ₂−Ｉ₁） （５）[Equation 9] R + R _c = (V _s2 −V _s1 ) / (I ₂ −I ₁ ) (5)

【００４３】[0043]

【数１０】 α＝（Ｉ₂Ｖ_s1−Ｉ₁Ｖ_s2）/（Ｉ₂−Ｉ₁）（Ｔ_b−Ｔ_t） （６）Α = (I ₂ V _s1 −I ₁ V _s2 ) / (I ₂ −I ₁ ) (T _b −T _t ) (6)

【００４４】ここでＲはサンプル物質の抵抗であり、Ｒ
_cはプローブとサンプル物質との間の接点の電気接触抵
抗である。Where R is the resistance of the sample material and R
_c is the electrical contact resistance of the contact between the probe and the sample material.

【００４５】或いは、（特に約１００ｎｍ程度の超薄膜
において、電流Ｉの大きさが小さな値に制限される必要
がある場合、）外部の熱電冷却器の電流を変化すること
により、Ｔ_bの２つの異なる値に対して、θ＝０が獲得
される。Ｉの対応する値がＩ_{0 1}及びＩ₀₂の場合、２つの
ケースのＩ−Ｖ関係は次のようになる。Alternatively, (especially in the case of an ultrathin film of about 100 nm or so, where the magnitude of the current I needs to be limited to a small value), by changing the current of the external thermoelectric cooler, T _b of 2 can be obtained. Θ = 0 is obtained for three different values. If the corresponding values of I are I _{0 1} and I ₀₂ , the IV relationship for the two cases is

【００４６】[0046]

【数１１】 Ｖ_s1＝Ｉ₀₁（Ｒ＋Ｒ_c）＋α（Ｔ_t−Ｔ_b1） Ｖ_s2＝Ｉ₀₂（Ｒ＋Ｒ_c）＋α（Ｔ_t−Ｔ_b2） （７）V _s1 = I ₀₁ (R + R _c ) + α (T _t −T _b1 ) V _s2 = I ₀₂ (R + R _c ) + α (T _t −T _b2 ) (7)

【００４７】前記の連立方程式を解くと、次の結果が得
られる。By solving the above simultaneous equations, the following results are obtained.

【００４８】[0048]

【数１２】 Ｒ＋Ｒ_c＝[(Ｔ_t−Ｔ_b1)Ｖ_s2−(Ｔ_t−Ｔ_b2)Ｖ_s1]/ [(Ｔ_t−Ｔ_b1)Ｉ_o2−(Ｔ_t−Ｔ_b2)Ｉ_o1] （８）Equation 12] _{R + R c = [(T} t -T b1) V s2 - (T t -T b2) V s1] / [(T t -T b1) I o2 - (T t -T b2) I o1] (8)

【００４９】[0049]

【数１３】 α＝（Ｉ_o2Ｖ_s1−Ｉ_o1Ｖ_s2）/ [(Ｔ_t−Ｔ_b1)Ｉ_o2−(Ｔ_t−Ｔ_b2)Ｉ_o1] （９）Α = (I _o2 V _s1 −I _o1 V _s2 ) / [(T _t −T _b1 ) I _o2 − (T _t −T _b2 ) I _o1 ] (9)

【００５０】一旦ゼーベック係数αが知れると、熱伝導
率λは式（４）を用いて計算される。更に、サンプル物
質のゼーベック係数及び抵抗率が、前記の関係及び熱伝
導係数に関する以下の関係を用いて計算される。サンプ
ル物質のこれらの熱電特性により、サンプル物質の冷却
性能が正確に決定される。Once the Seebeck coefficient α is known, the thermal conductivity λ is calculated using equation (4). In addition, the Seebeck coefficient and resistivity of the sample material are calculated using the above relationships and the following relationships for thermal conductivity. These thermoelectric properties of the sample material accurately determine the cooling performance of the sample material.

【００５１】熱伝導係数：熱伝導率λは素子の熱伝導係
数に無関係に計算されるが、接触抵抗を推定するため
に、熱電素子の熱伝導係数を抽出することが重要であ
る。熱伝導係数を抽出するために、サンプル物質にかか
る温度差をΔＴ_sとし、対応する開回路電圧をＶ_so＝α
ΔＴ_sとする。熱伝導係数を得る１方法は、サンプル物
質が約Ｉ＝０の小電流ｉにより摂動を起こすとき、電気
的及び熱的特性の差分変化を測定することである。絶対
値ｉの正及び負の小電流における、プローブ・チップと
サンプル表面との間の熱平衡条件は、冷却モード及び過
熱モードのそれぞれにおいて、次のようになる。Thermal Conductivity Coefficient: The thermal conductivity λ is calculated independently of the thermal conductivity coefficient of the element, but it is important to extract the thermal conductivity coefficient of the thermoelectric element in order to estimate the contact resistance. To extract the coefficient of thermal conductivity, the temperature difference across the sample material is ΔT _s and the corresponding open circuit voltage is V _so = α.
Let ΔT _s . One way to obtain the coefficient of thermal conductivity is to measure the differential change in electrical and thermal properties when the sample material is perturbed by a small current i of about I = 0. The thermal equilibrium conditions between the probe tip and the sample surface at small positive and negative currents of absolute value i are as follows in the cooling mode and the heating mode, respectively.

【００５２】[0052]

【数１４】 冷却モード： Ｑ(Ｔ_t＋δＴ_t)＝αｉ(Ｔ_b＋ΔＴ_s−δＴ_s) −ｘｉ²Ｒ−ｉ²Ｒ_c＋Ｋ(ΔＴ_s−δＴ_s) （１０ ）Cooling mode: Q (T _t + δT _t ) = αi (T _b + ΔT _s −δT _s ) −xi ² R−i ² R _c + K (ΔT _s −δT _s ) (10)

【００５３】[0053]

【数１５】 過熱モード： Ｑ(Ｔ_t＋δＴ_t)＝−αｉ(Ｔ_b＋ΔＴ_s＋δＴ_s) −ｘｉ²Ｒ−ｉ²Ｒ_c＋Ｋ(ΔＴ_s＋δＴ_s) （１１ ）(15) Overheat mode: Q (T _t + δT _t ) = − αi (T _b + ΔT _s + δT _s ) −xi ² R−i ² R _c + K (ΔT _s + δT _s ) (11)

【００５４】ここでδＴ_t及びδＴ_sは、プローブ・チッ
プ温度及びサンプル表面温度における摂動を表し、ｘは
プローブ・チップに還流する熱電対内で生成されるジュ
ール熱の一部を表す。Here, δT _t and δT _s represent perturbations in the probe tip temperature and the sample surface temperature, and x represents a part of Joule heat generated in the thermocouple refluxing to the probe tip.

【００５５】Ｑ(Ｔ_t＋δＴ_t)−Ｑ(Ｔ_t−δＴ_t)＝２δＱ
の場合、式（１０）及び式（１１）にもとづき、次の関
係が得られる。Q (T _t + δT _t ) −Q (T _t −δT _t ) = 2δQ
In the case of, the following relationship is obtained based on the equations (10) and (11).

【００５６】[0056]

【数１６】 δＴ_s＝[αｉ(Ｔ_b＋ΔＴ_s)−δＱ]/Ｋ （１２）ΔT _s = [αi (T _b + ΔT _s ) −δQ] / K (12)

【００５７】正及び負の電流値において、熱電対にかか
る電圧は、次のようになる。The voltage applied to the thermocouple at the positive and negative current values is as follows.

【００５８】[0058]

【数１７】 Ｖ_s＋δＶ＝ｉ(Ｒ＋Ｒ_c)＋α(ΔＴ_s−δＴ_s) Ｖ_s−δＶ＝ｉ(Ｒ＋Ｒ_c)＋α(ΔＴ_s＋δＴ_s) （１３）Equation 17] _{V s + δV = i (R} + R c) + α (ΔT s -δT s) V s -δV = i (R + R c) + α (ΔT s + δT s) (13)

【００５９】ゼロ電流バイアス・ポイント付近の差電圧
は、次式により与えられる。The differential voltage near the zero current bias point is given by:

【００６０】[0060]

【数１８】 ΔＴ_s＝ｉ(Ｒ＋Ｒ_c)−αδＴ_s （１４）ΔT _s = i (R + R _c ) −αδT _s (14)

【００６１】式（１２）からのδＴ_sの値を代入し、δ
Ｑ/Ｋ＝δθ/λに着目すると、熱抵抗Ｋが次式により与
えられる。Substituting the value of δT _s from equation (12),
Focusing on Q / K = δθ / λ, the thermal resistance K is given by the following equation.

【００６２】[0062]

【数１９】 Ｋ＝α²ｉ(Ｔ_b＋ΔＴ_s)/[ｉ(Ｒ＋Ｒ_c)−δＶ−(α/λ)δθ] （１５）K = α ² i (T _b + ΔT _s ) / [i (R + R _c ) −δV− (α / λ) δθ] (15)

【００６３】この関係は、ΔＴ_s＝０及びＴ_b＝Ｔ_aの特
定のケースにおいても有効である。従って、Ｉのシヌソ
イダル／バイポーラ・ステップ変化に対する、δＶ及び
δθの変化の絶対値を測定することにより、熱伝導係数
が正確に推定される。This relationship is also valid in the particular case of ΔT _s = 0 and T _b = T _a . Therefore, by measuring the absolute value of the change in δV and δθ with respect to the sinusoidal / bipolar step change of I, the heat transfer coefficient can be accurately estimated.

【００６４】接触インピーダンスの推定：開回路条件Ｉ
＝０を扱う熱特性解析において、先端を通じてサンプル
表面に至る熱流は、サンプル内に侵入する熱流に等し
い。この条件は、接触熱抵抗Ｋ_cを推定するために使用
される。Estimation of contact impedance: open circuit condition I
In the thermal characteristic analysis dealing with = 0, the heat flow reaching the sample surface through the tip is equal to the heat flow penetrating into the sample. This condition is used to estimate the thermal contact resistance K _c.

【００６５】[0065]

【数２０】 Ｑ＝Ｋ_c(Ｔ_t−Ｔ_s)＝Ｋ(Ｔ_s−Ｔ_b) （１６）Q = K _c (T _t −T _s ) = K (T _s −T _b ) (16)

【００６６】或いは、Alternatively,

【００６７】[0067]

【数２１】 Ｋ_c＝Ｋ[ΔＴ_s/(Ｔ_t−Ｔ_b−ΔＴ_s)] ＝Ｋ[(Ｖ_so/α)/(Ｔ_t−Ｔ_b−Ｖ_so/α)]K _c = K [ΔT _s / (T _t −T _b −ΔT _s )] = K [(V _so / α) / (T _t −T _b −V _so / α)]

【００６８】従って、次式が得られる。Therefore, the following equation is obtained.

【００６９】[0069]

【数２２】 Ｋ_c＝Ｋ[Ｖ_so/(α(Ｔ_t−Ｔ_b)−Ｖ_so)] （１７）K _c = K [V _so / (α (T _t −T _b ) −V _so )] (17)

【００７０】電気接触抵抗Ｒ_cは、コーン・チップとサ
ンプル物質との間の界面の特性をモデル化することによ
り推定される。接触抵抗が主に本質的に電子的であり、
ウィーデマン−フランツの法則の境界形態に関連付けら
れると仮定すると、次の関係が得られる。The electrical contact resistance R _c is estimated by modeling the properties of the interface between the cone tip and the sample material. Contact resistance is mainly electronic in nature,
Assuming that it is associated with the boundary morphology of the Wiedemann-Franz law, the following relationship is obtained.

【００７１】[0071]

【数２３】 Ｒ_c＝Ｌ₀Ｔ_s/Ｋ_c （１８）R _c = L ₀ T _s / K _c (18)

【００７２】ここでＬ₀〜(１５６μＶ/Ｋ)²はローレン
ツ数である。式（５）及び式（８）は、接触抵抗Ｒ_cが
既知の場合、真性な熱電対抵抗の値をもたらす。Here, L ₀ to (156 μV / K) ² is the Lorentz number. Equations (5) and (8) give the value of the intrinsic thermocouple resistance if the contact resistance R _c is known.

【００７３】本発明は、完全機能型のデータ処理システ
ムに接続されるプローブ装置の状況において述べられて
きたが、当業者であれば、本発明のプロセスが、命令を
含むコンピュータ可読媒体の形式及び様々な形式で配布
され、本発明が配布を行うために実際に使用される特定
タイプの信号担持媒体に関わらず、同様に適用できるこ
とが理解できよう。コンピュータ可読媒体の例には、フ
ロッピー（Ｒ）ディスク、ハード・ディスク・ドライ
ブ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなどの記録
型媒体と、デジタル及びアナログ通信リンク、或いは無
線周波及び光波伝送などの伝送形態を使用する有線また
は無線通信リンクなどの伝送型媒体とが含まれる。コン
ピュータ可読媒体は、特定のデータ処理システムにおけ
る実際の使用においてデコードされるように、コード化
フォーマットの形式を取り得る。Although the present invention has been described in the context of a probe device connected to a fully functional data processing system, those skilled in the art will appreciate that the process of the present invention can be implemented in the form of a computer readable medium containing instructions and It will be appreciated that the present invention is equally applicable, regardless of the particular type of signal-bearing medium distributed in various formats and the invention actually used to effect the distribution. Examples of computer readable media include recordable media such as floppy disks, hard disk drives, RAM, CD-ROM, DVD-ROM, and digital and analog communication links, or radio frequency and lightwave transmissions. Included are transmission-type media such as wired or wireless communication links that use transmission forms. Computer readable media may take the form of a coded format so that it may be decoded for actual use in a particular data processing system.

【００７４】以上、本発明の説明は、例証のために提示
されたもので、本発明をここで開示された形態に限定す
るものではない。当業者であれば、多くの変更及び変形
が明らかであろう。ここで述べた実施例は、本発明の原
理及び実際のアプリケーションを最も明確に説明するた
めに選択されてもので、当業者であれば、特定のアプリ
ケーションに適合するように、様々な変更を加えること
により、様々な実施例を考案できよう。The above description of the present invention has been presented for purposes of illustration and is not intended to limit the invention to the form disclosed herein. Many modifications and variations will be apparent to those of ordinary skill in the art. The embodiments described herein have been chosen in order to most clearly explain the principles of the invention and the practical application, and those skilled in the art will make various changes to adapt it to a particular application. Thus, various embodiments can be devised.

【００７５】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。In summary, the following matters will be disclosed regarding the configuration of the present invention.

【００７６】（１）物質の熱電特性を測定する方法であ
って、前記物質にわたって温度差を生成するステップ
と、プローブにより、前記物質にかかる電圧を測定する
ステップと、前記プローブの先端と前記プローブの底部
との間の温度差を測定するステップと、測定された前記
温度差及び前記電圧にもとづき、少なくとも１つの熱電
特性を計算するステップとを含む方法。 （２）前記温度差を生成するステップが、前記物質の底
部に設けられる熱電冷却器を使用して、前記物質を冷却
するステップを含む、前記（１）記載の方法。 （３）前記温度差を生成するステップが、前記プローブ
に関連付けられるヒータ線に高電流を流すステップを含
む、前記（１）記載の方法。 （４）前記電圧を測定するステップが、前記プローブの
前記先端につながるリードと、前記物質の底部につなが
るリードとを含む回路を通じて、電流を流すステップを
含む、前記（１）記載の方法。 （５）前記温度差を測定するステップが、前記プローブ
の前記先端に関連付けられる第１の熱電対にかかる第１
の電圧を測定するステップと、前記プローブの前記底部
に関連付けられる第２の熱電対にかかる第２の電圧を測
定するステップとを含む、前記（１）記載の方法。 （６）前記温度差が、前記先端における電圧と前記先端
における温度との関係、及び前記プローブを横断する熱
流と前記プローブにかかる前記温度差との関係にもとづ
き計算される、前記（５）記載の方法。 （７）前記少なくとも１つの熱電特性を計算するステッ
プが、熱伝導率とゼーベック係数との関係を決定するス
テップを含む、前記（１）記載の方法。 （８）前記熱伝導率とゼーベック係数との関係が、前記
プローブの前記先端における電圧の関数としての正規化
熱流と、前記物質にかかる電圧との比である、前記
（７）記載の方法。 （９）前記少なくとも１つの熱電特性を計算するステッ
プが、正規化熱流がゼロの状態での、前記物質にかかる
電圧と、前記物質に流れる電流と、前記プローブの前記
先端の温度と、前記物質の裏面の温度とにもとづき、前
記物質の抵抗の関係、及び前記物質のゼーベック係数の
関係を決定するステップを含む、前記（１）記載の方
法。 （１０）前記物質の抵抗の関係が、(1) A method of measuring thermoelectric properties of a substance, which comprises the steps of generating a temperature difference across the substance, measuring the voltage applied to the substance by a probe, the tip of the probe and the probe. Measuring the temperature difference between the bottom of the and the bottom, and calculating at least one thermoelectric property based on the measured temperature difference and the voltage. (2) The method according to (1) above, wherein the step of generating the temperature difference includes the step of cooling the substance using a thermoelectric cooler provided at the bottom of the substance. (3) The method of (1) above, wherein the step of generating the temperature difference comprises the step of passing a high current through a heater wire associated with the probe. (4) The method according to (1), wherein the step of measuring the voltage includes the step of passing an electric current through a circuit including a lead connected to the tip of the probe and a lead connected to the bottom of the substance. (5) The step of measuring the temperature difference may include a first thermocouple associated with the tip of the probe.
And measuring a second voltage across a second thermocouple associated with the bottom of the probe. (6) The temperature difference is calculated based on the relationship between the voltage at the tip and the temperature at the tip, and the relationship between the heat flow across the probe and the temperature difference applied to the probe. the method of. (7) The method according to (1), wherein the step of calculating the at least one thermoelectric property includes a step of determining a relationship between thermal conductivity and Seebeck coefficient. (8) The method of (7) above, wherein the relationship between the thermal conductivity and the Seebeck coefficient is the ratio of the normalized heat flow as a function of voltage at the tip of the probe to the voltage across the material. (9) The step of calculating the at least one thermoelectric property includes the voltage applied to the substance, the current flowing through the substance, the temperature at the tip of the probe, and the substance when the normalized heat flow is zero. The method according to (1) above, including the step of determining the relationship of the resistance of the substance and the relationship of the Seebeck coefficient of the substance based on the temperature of the back surface of the substance. (10) The relationship of the resistance of the substance is

【数２４】Ｒ＋Ｒ_c＝[(Ｔ_t−Ｔ_b1)Ｖ_s2−(Ｔ_t−Ｔ_b2)Ｖ
_s1]/[(Ｔ_t−Ｔ_b1)Ｉ_o2−(Ｔ_t−Ｔ_b2)Ｉ_o1] であり、ここでＲが前記物質の電気抵抗、Ｒ_cが前記プ
ローブの前記先端と前記物質との電気接点の電気抵抗、
Ｉ_o1が前記正規化熱流がゼロのときの、第１の冷却温度
Ｔ_b1における電流、Ｖ_s1が前記第１の冷却温度において
前記物質にかかる電圧、Ｉ_o2が前記正規化熱流がゼロの
ときの、第２の冷却温度Ｔ_b2における電流、Ｖ_o2が前記
第２の冷却温度において前記物質にかかる電圧、及びＴ
_tが前記プローブの前記先端における温度を示す、前記
（９）記載の方法。 （１１）ゼーベック係数の前記関係がR + R _c = [(T _t −T _b1 ) V _s2 − (T _t −T _b2 ) V
_s1 ] / [(T _t −T _b1 ) I _o2 − (T _t −T _b2 ) I _o1 ] where R is the electrical resistance of the substance and R _c is the tip of the probe and the substance. Electrical resistance of electrical contacts,
I _o1 is the current at the first cooling temperature T _b1 when the normalized heat flow is zero, V _s1 is the voltage across the material at the first cooling temperature, I _o2 is the normalized heat flow is zero Current at a second cooling temperature T _b2 , V _o2 is a voltage across the material at the second cooling temperature, and T
The method according to (9) above, wherein _t represents the temperature at the tip of the probe. (11) The above relationship of Seebeck coefficient is

【数２５】α＝（Ｉ_o2Ｖ_s1−Ｉ_o1Ｖ_s2）/[(Ｔ_t−Ｔ_b1)
Ｉ_o2−(Ｔ_t−Ｔ_b2)Ｉ_o1] であり、ここでＩ_o1が前記正規化熱流がゼロのときの、
第１の冷却温度Ｔ_b1における電流、Ｖ_s1が前記第１の冷
却温度において前記物質にかかる電圧、Ｉ_o2が前記正規
化熱流がゼロのときの、第２の冷却温度Ｔ_b2における電
流、Ｖ_o2が前記第２の冷却温度において前記物質にかか
る電圧、及びＴ_tが前記プローブの前記先端における温
度を示す、前記（９）記載の方法。 （１２）前記少なくとも１つの熱電特性を計算するステ
ップが、前記物質のゼーベック係数、前記物質にかかる
電圧降下、前記物質の裏面の温度、摂動電流、前記物質
の電気抵抗、前記プローブの前記先端と前記物質との間
の接点の電気抵抗、及び前記物質の熱伝導率にもとづ
き、前記物質の熱抵抗を計算するステップを含む、前記
（１）記載の方法。 （１３）前記少なくとも１つの熱電特性を計算するステ
ップが、次の関係すなわちΑ = (I _o2 V _s1 −I _o1 V _s2 ) / [(T _t −T _b1 ).
I _o2 − (T _t −T _b2 ) I _o1 ], where I _o1 is when the normalized heat flow is zero,
Current at a first cooling temperature T _b1 , V _s1 is a voltage applied to the substance at the first cooling temperature, I _o2 is a current at a second cooling temperature T _b2 when the normalized heat flow is zero, V The method according to (9) above, wherein _o2 represents a voltage applied to the substance at the second cooling temperature, and _Tt represents a temperature at the tip of the probe. (12) The step of calculating the at least one thermoelectric property includes the Seebeck coefficient of the substance, the voltage drop across the substance, the temperature of the back surface of the substance, the perturbation current, the electrical resistance of the substance, and the tip of the probe. The method according to (1) above, including a step of calculating a thermal resistance of the substance based on an electric resistance of a contact with the substance and a thermal conductivity of the substance. (13) The step of calculating the at least one thermoelectric property comprises the following relationship:

【数２６】Ｋ＝α²ｉ(Ｔ_b＋ΔＴ_s)/[ｉ(Ｒ＋Ｒ_c)−δＶ
−(α/λ)δθ] にもとづき、前記物質の熱抵抗を決定するステップを含
み、ここでαが前記物質のゼーベック係数、ｉが小電
流、Ｔ_bが前記物質の背面の温度、ΔＴ_sが前記物質にか
かる温度降下、Ｒが前記物質の電気抵抗、Ｒ_cが前記プ
ローブの前記先端と前記物質との間の接点の電気抵抗、
δＶが電圧変化、δθが正規化熱流の変化、及びλが前
記物質の熱伝導率を示す、前記（１）記載の方法。 （１４）前記少なくとも１つの熱電特性を計算するステ
ップが、前記プローブの前記先端と前記物質との間の接
点の電気抵抗を、ローレンツ数、前記物質の温度、及び
前記接点における熱抵抗の関数として決定するステップ
を含む、前記（１）記載の方法。 （１５）前記少なくとも１つの熱電特性を計算するステ
ップが、前記プローブの前記先端と前記物質との間の接
点の電気抵抗を、次の関係すなわちK = α ² i (T _b + ΔT _s ) / [i (R + R _c ) −δV
-(Α / λ) δθ], wherein α is the Seebeck coefficient of the substance, i is the small current, T _b is the temperature of the backside of the substance, ΔT _s Is the temperature drop across the substance, R is the electrical resistance of the substance, R _c is the electrical resistance of the contact between the tip of the probe and the substance,
The method according to (1) above, wherein δV is a voltage change, δθ is a change in normalized heat flow, and λ is a thermal conductivity of the substance. (14) The step of calculating the at least one thermoelectric property may be characterized by determining the electrical resistance of a contact between the tip of the probe and the substance as a function of Lorentz number, temperature of the substance, and thermal resistance at the contact. The method according to (1) above, including a step of determining. (15) The step of calculating the at least one thermoelectric property determines the electrical resistance of a contact between the tip of the probe and the substance as follows:

【数２７】Ｒ_c＝Ｌ₀Ｔ_s/Ｋ_c を用いて決定するステップを含み、ここでＬ₀はローレ
ンツ数、Ｔ_sは前記物質の温度、Ｋ_cは前記接点における
熱抵抗である、前記（１）記載の方法。 （１６）前記プローブの先端と前記プローブの底部との
間の温度差を測定するステップが、第１の温度センサを
用いて、前記前記プローブの前記先端の温度を測定する
ステップと、第２の温度センサを用いて、前記プローブ
の前記底部の温度を測定するステップとを含む、前記
（１）記載の方法。 （１７）前記第１の温度センサ及び前記第２の温度セン
サの少なくとも一方が、熱電対またはサーミスタのいず
れかである、前記（１６）記載の方法。 （１８）物質の熱電特性を測定するコンピュータ可読媒
体内のコンピュータ・プログラム製品であって、コンピ
ュータを、前記物質にわたって温度差を生成する第１の
命令手段と、プローブにより、前記物質にかかる電圧を
測定する第２の命令手段と、前記プローブの先端と前記
プローブの底部との間の温度差を測定する第３の命令手
段と、測定された前記温度差及び前記電圧にもとづき、
少なくとも１つの熱電特性を計算する第４の命令手段と
を含む各手段を機能させるためのコンピュータ・プログ
ラム製品。 （１９）前記温度差を生成する第１の命令手段が、前記
物質の底部に設けられる熱電冷却器を使用して、前記物
質を冷却する命令手段を含む、前記（１８）記載のコン
ピュータ・プログラム製品。 （２０）前記温度差を生成する第１の命令手段が、前記
プローブに関連付けられるヒータ線に高電流を流す命令
手段を含む、前記（１８）記載のコンピュータ・プログ
ラム製品。 （２１）前記電圧を測定する第２の命令手段が、前記プ
ローブの前記先端につながるリードと、前記物質の底部
につながるリードとを含む回路を通じて、電流を流す命
令手段を含む、前記（１８）記載のコンピュータ・プロ
グラム製品。 （２２）前記温度差を測定する第３の命令手段が、前記
プローブの前記先端に関連付けられる第１の熱電対にか
かる第１の電圧を測定する命令手段と、前記プローブの
前記底部に関連付けられる第２の熱電対にかかる第２の
電圧を測定する命令手段とを含む、前記（１８）記載の
コンピュータ・プログラム。 （２３）前記温度差が、前記先端における電圧と前記先
端における温度との関係、及び前記プローブを横断する
熱流と前記プローブにかかる前記温度差との関係にもと
づき計算される、前記（２２）記載のコンピュータ・プ
ログラム製品。 （２４）前記少なくとも１つの熱電特性を計算する第４
の命令手段が、熱伝導率とゼーベック係数との関係を決
定する命令手段を含む、前記（１８）記載のコンピュー
タ・プログラム製品。 （２５）前記熱伝導率とゼーベック係数との関係が、前
記プローブの前記先端における電圧の関数としての正規
化熱流と、前記物質にかかる電圧との比である、前記
（２４）記載のコンピュータ・プログラム製品。 （２６）前記少なくとも１つの熱電特性を計算する第４
の命令手段が、正規化熱流がゼロの状態での、前記物質
にかかる電圧と、前記物質に流れる電流と、前記プロー
ブの前記先端の温度と、前記物質の裏面の温度とにもと
づき、前記物質の抵抗の関係、及び前記物質のゼーベッ
ク係数の関係を決定する命令手段を含む、前記（１８）
記載のコンピュータ・プログラム製品。 （２７）前記少なくとも１つの熱電特性を計算する第４
の命令手段が、前記物質のゼーベック係数、前記物質に
かかる電圧降下、前記物質の裏面の温度、摂動電流、前
記物質の電気抵抗、前記プローブの前記先端と前記物質
との間の接点の電気抵抗、及び前記物質の熱伝導率にも
とづき、前記物質の熱抵抗を計算する命令手段を含む、
前記（１８）記載のコンピュータ・プログラム製品。 （２８）前記少なくとも１つの熱電特性を計算する第４
の命令手段が、前記プローブの前記先端と前記物質との
間の接点の電気抵抗を、ローレンツ数、前記物質の温
度、及び前記接点における熱抵抗の関数として決定する
命令手段を含む、前記（１８）記載のコンピュータ・プ
ログラム製品。 （２９）物質の熱電特性を測定する装置であって、前記
物質にわたって温度差を生成する手段と、前記物質にか
かる電圧を測定し、プローブの先端と該プローブの底部
との間の温度差を測定するプローブとを含み、測定され
た前記温度差及び前記電圧にもとづき、少なくとも１つ
の熱電特性を決定する装置。 （３０）前記少なくとも１つの熱電特性を決定するコン
ピュータを含む、前記（２９）記載の装置。 （３１）前記少なくとも１つの熱電特性が、熱伝導率と
ゼーベック係数との関係を用いて決定される、前記（３
０）記載の装置。 （３２）前記少なくとも１つの熱電特性が、正規化熱流
がゼロの状態での、前記物質にかかる電圧と、前記物質
に流れる電流と、前記プローブの前記先端の温度と、前
記物質の裏面の温度とにもとづく、前記物質の抵抗の関
係、及び前記物質のゼーベック係数の関係にもとづき決
定される、前記（３０）載の装置。 （３３）前記プローブが、該プローブの前記先端の温度
を測定する第１の温度センサと、該プローブの前記底部
の温度を測定する第２の温度センサとを含む、前記（２
９）記載の装置。 （３４）前記第１の温度センサ及び前記第２の温度セン
サの少なくとも一方が、熱電対またはサーミスタのいず
れかである、前記（３３）記載の装置。 （３５）物質の熱電特性を測定するプローブであって、
プローブ本体と、前記プローブ本体上に形成されるプロ
ーブ・チップと、前記プローブ・チップの先端に配置さ
れる第１の温度センサと、前記プローブ・チップの底部
に配置される第２の温度センサとを含み、前記第１及び
第２の温度センサにおいて測定される温度が、前記物質
の熱電特性を決定するために使用されるプローブ。 （３６）前記第１の温度センサが第１のリード及び第２
のリードを含む第１の熱電対であり、前記第２の温度セ
ンサが第３のリード及び第４のリードを含む第２の熱電
対である、前記（３５）記載のプローブ。 （３７）前記第１のリード及び前記第４のリードが白金
／イリジウム金属組成から成り、前記第２のリード及び
前記第３のリードがクロムから成る、前記（３６）記載
のプローブ。 （３８）前記物質の裏面につながる第５のリードを含
み、前記第５のリード及び前記第１のリードが、前記物
質にかかる電圧を測定するために使用される、前記（３
６）記載のプローブ。 （３９）レーザ・ビームを反射し、前記プローブの前記
物質に対する相対位置を決定するリフレクタを含む、前
記（３５）記載のプローブ。 （４０）前記プローブ・チップが円錐形状のプローブ・
チップである、前記（３５）記載のプローブ。 （４１）前記プローブ本体がカンチレバー・プローブ本
体であり、前記リフレクタが前記カンチレバー・プロー
ブ本体のたわみを決定するために使用される、前記（３
９）記載のプローブ。 （４２）前記プローブ本体がシリコンまたは窒化ケイ素
により形成される、前記（３５）記載のプローブ。 （４３）前記プローブ・チップが酸化ケイ素コーンを含
む、前記（３５）記載のプローブ。 （４４）前記第１の熱電対が、前記プローブ本体及び前
記プローブ・チップ上に形成され、前記プローブ・チッ
プの底部においてエッチングされる第１の金属層と、前
記第１の金属層上に形成される酸化ケイ素層と、前記酸
化ケイ素層上に形成され、前記プローブ・チップの前記
底部においてエッチングされる第２の金属層とを含む、
前記（３６）記載のプローブ。 （４５）前記第２の熱電対が、前記プローブ本体及び前
記プローブ・チップ上に形成される第１の金属層と、前
記第１の金属層上に形成され、前記プローブ・チップの
先端においてエッチングされる酸化ケイ素層と、前記酸
化ケイ素層上に形成される第２の金属層とを含む、前記
（３６）記載のプローブ。 （４６）前記第１の金属層がクロムから成り、前記第２
の金属層が白金／イリジウム金属組成から成る、前記
（４４）または（４５）に記載のプローブ。 （４７）前記プローブ本体上にヒータ線を含む、前記
（３５）記載のプローブ。 （４８）前記第１の温度センサ及び前記第２の温度セン
サの少なくとも一方がサーミスタである、前記（３５）
記載のプローブ。 （４９）物質の熱電特性を測定するプローブを形成する
方法であって、プローブ本体を形成するステップと、前
記プローブ本体上に形成されるプローブ・チップを形成
するステップと、前記プローブ・チップの先端に配置さ
れる第１の温度センサを形成するステップと、前記プロ
ーブ・チップの底部に配置される第２の温度センサを形
成するステップとを含み、前記第１の熱電対及び前記第
２の熱電対において測定される電圧が、前記物質の熱電
特性を決定するために使用される方法。 （５０）前記第１の温度センサを形成するステップが、
第１のリード及び第２のリードを有する第１の熱電対を
形成するステップを含み、前記第２の温度センサを形成
するステップが、第３のリード及び第４のリードを有す
る第２の熱電対を形成するステップを含む、前記（４
９）記載の方法。 （５１）前記第１のリード及び前記第４のリードが白金
／イリジウム金属組成から成り、前記第２のリード及び
前記第３のリードがクロムから成る、前記（５０）記載
の方法。 （５２）前記物質の裏面につながる第５のリードを形成
するステップを含み、前記第５のリード及び前記第１の
リードが、前記物質にかかる電圧を測定するために使用
される、前記（５０）記載の方法。 （５３）レーザ・ビームを反射し、前記プローブの前記
物質に対する相対位置を決定するリフレクタを形成する
ステップを含む、前記（４９）記載の方法。 （５４）前記プローブ・チップが円錐形状のプローブ・
チップとして形成される、前記（４９）記載の方法。 （５５）前記プローブ本体がカンチレバー・プローブ本
体として形成され、前記リフレクタが前記カンチレバー
・プローブ本体のたわみを決定するために使用される、
前記（５３）記載の方法。 （５６）前記プローブ本体がシリコンまたは窒化ケイ素
により形成される、前記（４９）記載の方法。 （５７）前記プローブ・チップが酸化ケイ素物質を含
む、前記（４９）記載の方法。 （５８）前記第１の熱電対を形成するステップ及び第２
の熱電対を形成するステップが、前記プローブ本体及び
前記プローブ・チップ上に第１の金属層を形成するステ
ップと、前記プローブ・チップの底部において、前記第
１の金属層の一部をエッチングするステップと、前記第
１の金属層上に酸化ケイ素層を形成するステップと、前
記プローブ・チップの先端において、前記酸化ケイ素層
をエッチングするステップと、前記酸化ケイ素層上に第
２の金属層を形成するステップと、前記プローブ・チッ
プの前記底部において、前記第２の金属層の一部をエッ
チングするステップとを含む、前記（５０）記載の方
法。 （５９）前記第１の金属層がクロムから成る、前記（５
８）記載の方法。 （６０）前記第２の金属層が白金／イリジウム金属組成
から成る、前記（５８）記載の方法。 （６１）前記プローブ本体上にヒータ線を形成するステ
ップを含む、前記（４９）記載の方法。 （６２）前記第１の温度センサ及び前記第２の温度セン
サの少なくとも一方がサーミスタである、前記（４９）
記載の方法。## EQU00013 ## including the step of determining with R _c = L ₀ T _s / K _c , where L ₀ is the Lorentz number, T _s is the temperature of the substance, and K _c is the thermal resistance at the contact, The method according to (1) above. (16) The step of measuring the temperature difference between the tip of the probe and the bottom of the probe includes the step of measuring the temperature of the tip of the probe using a first temperature sensor; Measuring the temperature of the bottom portion of the probe using a temperature sensor. (17) The method according to (16), wherein at least one of the first temperature sensor and the second temperature sensor is either a thermocouple or a thermistor. (18) A computer program product in a computer-readable medium for measuring thermoelectric properties of a substance, the computer directing a first command means for producing a temperature difference across the substance and a voltage applied to the substance by the probe. A second command means for measuring, a third command means for measuring a temperature difference between the tip of the probe and a bottom of the probe, based on the measured temperature difference and the voltage,
A computer program product for operating each means, including at least one fourth instruction means for calculating thermoelectric properties. (19) The computer program according to (18), wherein the first command means for generating the temperature difference includes command means for cooling the substance using a thermoelectric cooler provided at the bottom of the substance. Product. (20) The computer program product according to (18), wherein the first command means for generating the temperature difference includes command means for applying a high current to a heater wire associated with the probe. (21) The second command means for measuring the voltage includes command means for passing an electric current through a circuit including a lead connected to the tip of the probe and a lead connected to the bottom of the substance. The listed computer program product. (22) Third command means for measuring the temperature difference is associated with command means for measuring a first voltage across a first thermocouple associated with the tip of the probe and with the bottom portion of the probe. A computer program according to (18) above, which further comprises command means for measuring a second voltage applied to the second thermocouple. (23) The temperature difference is calculated based on the relationship between the voltage at the tip and the temperature at the tip, and the relationship between the heat flow across the probe and the temperature difference applied to the probe. Computer program products. (24) Fourth calculating the at least one thermoelectric property
The computer program product according to (18) above, wherein the instruction means of (18) includes instruction means for determining a relationship between the thermal conductivity and the Seebeck coefficient. (25) The computer according to (24), wherein the relationship between the thermal conductivity and the Seebeck coefficient is a ratio of the normalized heat flow as a function of the voltage at the tip of the probe and the voltage applied to the substance. Program product. (26) Fourth calculating the at least one thermoelectric property
Of the substance based on the voltage applied to the substance, the current flowing through the substance, the temperature of the tip of the probe, and the temperature of the back face of the substance when the normalized heat flow is zero. (18) including a command means for determining a resistance relationship of the substance and a Seebeck coefficient relationship of the substance.
The listed computer program product. (27) Fourth calculating the at least one thermoelectric property
Command means of the substance, Seebeck coefficient of the substance, voltage drop across the substance, temperature of the back surface of the substance, perturbation current, electrical resistance of the substance, electrical resistance of the contact between the tip of the probe and the substance And an instruction means for calculating the thermal resistance of the substance based on the thermal conductivity of the substance,
The computer program product according to (18). (28) Fourth calculating the at least one thermoelectric property
Commanding means for determining electrical resistance of a contact between the tip of the probe and the substance as a function of Lorentz number, temperature of the substance, and thermal resistance at the contact. ) A computer program product as described. (29) A device for measuring thermoelectric properties of a substance, comprising means for generating a temperature difference across the substance, measuring a voltage applied to the substance, and measuring a temperature difference between a tip of the probe and a bottom of the probe. A probe for measuring and determining at least one thermoelectric property based on the measured temperature difference and the voltage. (30) The device according to (29), including a computer for determining the at least one thermoelectric property. (31) The at least one thermoelectric property is determined by using a relationship between thermal conductivity and Seebeck coefficient.
0) The described apparatus. (32) The at least one thermoelectric property is a voltage applied to the substance, a current flowing through the substance, a temperature of the tip of the probe, and a temperature of a back face of the substance when the normalized heat flow is zero. The apparatus according to (30), which is determined based on the relationship between the resistance of the substance and the Seebeck coefficient of the substance based on the above. (33) In the above (2), the probe includes a first temperature sensor that measures a temperature of the tip of the probe and a second temperature sensor that measures a temperature of the bottom of the probe.
9) The device described. (34) The device according to (33), wherein at least one of the first temperature sensor and the second temperature sensor is either a thermocouple or a thermistor. (35) A probe for measuring thermoelectric properties of a substance,
A probe body, a probe tip formed on the probe body, a first temperature sensor arranged at the tip of the probe tip, and a second temperature sensor arranged at the bottom of the probe tip. A probe, the temperature being measured in the first and second temperature sensors being used to determine the thermoelectric properties of the material. (36) The first temperature sensor includes a first lead and a second lead.
The probe according to (35), wherein the probe is a first thermocouple including a lead and the second temperature sensor is a second thermocouple including a third lead and a fourth lead. (37) The probe according to (36), wherein the first lead and the fourth lead are made of a platinum / iridium metal composition, and the second lead and the third lead are made of chromium. (38) A third lead including a fifth lead connected to a back surface of the substance, wherein the fifth lead and the first lead are used to measure a voltage applied to the substance.
6) The probe according to the above. (39) The probe according to (35) above, including a reflector that reflects a laser beam and determines a relative position of the probe with respect to the substance. (40) The probe tip has a conical shape.
The probe according to (35) above, which is a chip. (41) The probe body is a cantilever probe body, and the reflector is used to determine a deflection of the cantilever probe body.
9) The probe according to the above. (42) The probe according to (35), wherein the probe body is formed of silicon or silicon nitride. (43) The probe according to (35) above, wherein the probe tip contains a silicon oxide cone. (44) The first thermocouple is formed on the probe body and the probe tip, and is formed on the first metal layer and the first metal layer that is etched at the bottom of the probe tip. And a second metal layer formed on the silicon oxide layer and etched at the bottom of the probe tip.
The probe according to (36). (45) The second thermocouple is formed on the first metal layer formed on the probe body and the probe tip and on the first metal layer, and is etched at the tip of the probe tip. (36). The probe according to (36) above, which comprises: a silicon oxide layer formed on the silicon oxide layer; and a second metal layer formed on the silicon oxide layer. (46) The first metal layer is made of chromium, and the second metal layer is
The probe according to (44) or (45) above, wherein the metal layer of (4) has a platinum / iridium metal composition. (47) The probe according to (35) above, which includes a heater wire on the probe body. (48) At least one of the first temperature sensor and the second temperature sensor is a thermistor, (35)
The described probe. (49) A method of forming a probe for measuring thermoelectric properties of a substance, which comprises forming a probe body, forming a probe tip formed on the probe body, and a tip of the probe tip. Forming a first temperature sensor located on the bottom of the probe tip and forming a second temperature sensor located on the bottom of the probe tip, the first thermocouple and the second thermocouple. The method in which the voltage measured in pairs is used to determine the thermoelectric properties of the material. (50) The step of forming the first temperature sensor includes
Forming a first thermocouple having a first lead and a second lead, the step of forming the second temperature sensor includes a second thermocouple having a third lead and a fourth lead. (4) including the step of forming a pair.
9) The method described. (51) The method according to (50), wherein the first lead and the fourth lead are made of a platinum / iridium metal composition, and the second lead and the third lead are made of chromium. (52) forming a fifth lead connected to a back surface of the substance, wherein the fifth lead and the first lead are used to measure a voltage applied to the substance. ) The method described. (53) The method of (49) above, including the step of reflecting a laser beam to form a reflector that determines a relative position of the probe with respect to the substance. (54) The probe tip has a conical shape.
The method according to (49) above, which is formed as a chip. (55) The probe body is formed as a cantilever probe body, and the reflector is used to determine the deflection of the cantilever probe body.
The method according to (53) above. (56) The method according to (49), wherein the probe body is formed of silicon or silicon nitride. (57) The method according to (49) above, wherein the probe tip contains a silicon oxide material. (58) A step of forming the first thermocouple and a second step
Forming a thermocouple of forming a first metal layer on the probe body and the probe tip, and etching a portion of the first metal layer at the bottom of the probe tip. Forming a silicon oxide layer on the first metal layer, etching the silicon oxide layer at the tip of the probe tip, and forming a second metal layer on the silicon oxide layer. The method of claim (50), including forming and etching a portion of the second metal layer at the bottom of the probe tip. (59) In the above (5), the first metal layer is made of chromium.
8) The method described. (60) The method according to (58), wherein the second metal layer has a platinum / iridium metal composition. (61) The method according to (49) above, including a step of forming a heater wire on the probe body. (62) At least one of the first temperature sensor and the second temperature sensor is a thermistor, (49)
The method described.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明に従うプローブを示す図である。FIG. 1 shows a probe according to the present invention.

【図２】本発明に従うプローブの典型的な横断面図であ
る。FIG. 2 is a typical cross-sectional view of a probe according to the present invention.

【図３】プローブの熱電対を示す典型的な回路図であ
る。FIG. 3 is an exemplary circuit diagram showing a thermocouple of a probe.

【図４】本発明に従い温度及び熱流較正を行うために使
用される量を示す図である。FIG. 4 shows the quantities used to perform temperature and heat flow calibration according to the present invention.

【図５】本発明に従い較正を行う方法を示す図である。FIG. 5 illustrates a method of performing calibration according to the present invention.

【図６】本発明に従い較正を行う別の方法を示す図であ
る。FIG. 6 illustrates another method of performing a calibration according to the present invention.

【図７】プローブの温度較正から得られた、プローブの
先端での電圧対温度の関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing voltage vs. temperature at the probe tip obtained from probe temperature calibration.

【図８】プローブ・チップの熱流較正から得られた、θ
対温度差の関係を示すグラフである。FIG. 8: θ obtained from heat flow calibration of probe tip
It is a graph which shows the relationship of a temperature difference.

【図９】試験対象の物質のθ対電流の関係を示すグラフ
である。FIG. 9 is a graph showing the relationship between θ and current of a substance to be tested.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１１０ カンチレバー基板 １２０ 第１のリード １３０ 第２のリード １４０ 第３のリード １４５ 第４のリード １６０ プローブ・チップ １８０ 酸化ケイ素 110 cantilever substrate 120 First Lead 130 Second lead 140 Third Lead 145 Fourth Lead 160 probe tip 180 Silicon oxide

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−14468（ＪＰ，Ａ) 特開2001−4455（ＪＰ，Ａ) 鈴木孝充、中別府修、井上剛良，“Ｓ ＴｈＭ用サーマルカンチレバーの実温度 計測特性”，熱工学講演会講演論文集, 日本，社団法人日本機械学会，2001年11 月 ３日，第01−９号、Ｂ204，ｐ．387 −388 Ｏｓａｍｕ ＮＡＫＡＢＥＰＰＵ， Ｍａｓａｎｏｂｕ ＩＧＥＴＡ ａｎｄ Ｔａｋａｙｏｓｈｉ ＩＮＯＵＥ，" Ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅ Ｒｅａｌ Ｔｅ ｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍ ｅｎｔ ｂｙ ｔｈｅ ＡＦＭ ｕｓｉ ｎｇ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｆｅｅｄｂａｃ ｋ Ｍｅｔｈｏｄ”，Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅ ｅｒｉｎｇ，1999年11月，第７巻、第６ 号，ｐ．87−94 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 13/10 - 13/24 G12B 21/00 - 21/24 H01L 35/00 - 35/34 G01N 25/00 - 25/72 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-11-14468 (JP, A) JP-A-2001-4455 (JP, A) Takamitsu Suzuki, Osamu Nakabeppu, Goyoshi Inoue, “Thermal Cantilever for S ThM Actual Temperature Measurement Characteristic ", Proceedings of Thermal Engineering Conference, Japan, The Japan Society of Mechanical Engineers, November 3, 2001, No. 01-9, B204, p. 387 -388 Osamu NAKABEPPU, Masanobu IGETA and Takayoshi INOUE, "Microscale Real Te mperature Measurem ent by the AFM usi ng Thermal Feedbac k Method", Thermal Science and Engine ering, 11 May 1999, Vol. 7, No. 6, p ． 87-94 (58) Fields investigated (Int.Cl. ⁷ , DB name) G01N 13/10-13/24 G12B 21/00-21/24 H01L 35/00-35/34 G01N 25/00-25 / 72 JISST file (JOIS)

Claims (62)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】物質の熱電特性を測定する方法であって、 前記物質にわたって温度差を生成するステップと、 プローブにより、前記物質にかかる電圧を測定するステ
ップと、プローブ・チップ の先端と前記プローブ・チップの底部
との間の温度差を測定するステップと、 測定された前記温度差及び前記電圧にもとづき、少なく
とも１つの熱電特性を計算するステップとを含む方法。1. A method for measuring thermoelectric properties of a substance, the method comprising: producing a temperature difference across the substance; measuring the voltage across the substance with a probe ; tip of a probe tip and the probe. A method comprising: measuring a temperature difference between the bottom of the chip and calculating at least one thermoelectric property based on the measured temperature difference and the voltage. 【請求項２】前記温度差を生成するステップが、前記物
質の底部に設けられる熱電冷却器を使用して、前記物質
を冷却するステップを含む、請求項１記載の方法。2. The method of claim 1, wherein the step of producing the temperature difference comprises cooling the material using a thermoelectric cooler provided at the bottom of the material. 【請求項３】前記温度差を生成するステップが、前記プ
ローブに設けられるヒータ線に高電流を流すステップを
含む、請求項１記載の方法。3. The method of claim 1, wherein the step of producing the temperature difference comprises the step of passing a high current through a heater wire provided on the probe. 【請求項４】前記電圧を測定するステップが、前記プロ
ーブ・チップの前記先端につながるリードと、前記物質
の底部につながるリードとを含む回路を通じて、電流を
流すステップを含む、請求項１記載の方法。Wherein the step of measuring the voltage, the pro
The method of claim 1 including passing an electric current through a circuit that includes a lead leading to the tip of a probe tip and a lead leading to the bottom of the material. 【請求項５】前記温度差を測定するステップが、 前記プローブ・チップの前記先端において形成される第
１の熱電対にかかる第１の電圧を測定するステップと、 前記プローブ・チップの前記底部において形成される第
２の熱電対にかかる第２の電圧を測定するステップとを
含む、請求項１記載の方法。Wherein the step of measuring the temperature difference, measuring a first voltage across the first thermocouple Oite formed on the tip of the probe tip, the said probe tip and measuring a second voltage across the second thermocouple Oite formed in the bottom, the process of claim 1. 【請求項６】前記温度差が、前記先端における電圧と前
記先端における温度との関係、及び前記プローブを横断
する熱流と前記プローブにかかる前記温度差との関係に
もとづき計算される、請求項５記載の方法。6. The temperature difference is calculated based on the relationship between the voltage at the tip and the temperature at the tip, and the relationship between the heat flow across the probe and the temperature difference across the probe. The method described. 【請求項７】前記少なくとも１つの熱電特性を計算する
ステップが、熱伝導率とゼーベック係数との関係を決定
するステップを含む、請求項１記載の方法。7. The method of claim 1, wherein the step of calculating the at least one thermoelectric property comprises the step of determining a relationship between thermal conductivity and Seebeck coefficient. 【請求項８】前記熱伝導率とゼーベック係数との関係
が、前記プローブ・チップの前記先端における電圧の関
数としての正規化熱流と、前記物質にかかる電圧との比
である、請求項７記載の方法。8. The relationship between the thermal conductivity and the Seebeck coefficient is the ratio of the normalized heat flow as a function of voltage at the tip of the probe tip to the voltage across the material. the method of. 【請求項９】前記少なくとも１つの熱電特性を計算する
ステップが、正規化熱流がゼロの状態での、前記物質に
かかる電圧と、前記物質に流れる電流と、前記プローブ
・チップの前記先端の温度と、前記物質の裏面の温度と
にもとづき、前記物質の抵抗の関係、及び前記物質のゼ
ーベック係数の関係を決定するステップを含む、請求項
１記載の方法。9. The step of calculating the at least one thermoelectric property comprises the voltage across the material, the current flowing through the material, and the probe at zero normalized heat flow.
The method of claim 1 including the step of determining a resistance relationship of the material and a Seebeck coefficient relationship of the material based on a temperature of the tip of the chip and a temperature of a back surface of the material. 【請求項１０】前記物質の抵抗の関係が、 【数１】 Ｒ＋Ｒ_c＝[(Ｔ_t−Ｔ_b1)Ｖ_s2−(Ｔ_t−Ｔ_b2)Ｖ_s1]/ [(Ｔ_t−Ｔ_b1)Ｉ_o2−(Ｔ_t−Ｔ_b2)Ｉ_o1] であり、ここでＲが前記物質の電気抵抗、Ｒ_cが前記プ
ローブ・チップの前記先端と前記物質との電気接点の電
気抵抗、Ｉ_o1が前記正規化熱流がゼロのときの、第１の
冷却温度Ｔ_b1における電流、Ｖ_s1が前記第１の冷却温度
において前記物質にかかる電圧、Ｉ_o2が前記正規化熱流
がゼロのときの、第２の冷却温度Ｔ_b2における電流、Ｖ
_s2 が前記第２の冷却温度において前記物質にかかる電
圧、及びＴ_tが前記プローブ・チップの前記先端におけ
る温度を示す、請求項９記載の方法。10. The relationship of the resistance of the substance is _{expressed by the following} formula: R + R _c = [(T _t −T _b1 ) V _s2 − (T _t −T _b2 ) V _s1 ] / [(T _t −T _b1 ). _{I o2 - (T t -T b2} ) an I _o1], wherein the electric resistance of R is the substance, R _c is the flop
The electrical resistance of the electrical contact between the tip of the lobe tip and the substance, I _o1 is the current at the first cooling temperature T _b1 when the normalized heat flow is zero, and V _s1 is the first cooling temperature. The voltage across the material, I _o2, is the current at the second cooling temperature T _b2 when the normalized heat flow is zero, V
10. The method of claim 9, wherein _s2 is the voltage across the material at the second cooling temperature and _Tt is the temperature at the tip of the probe tip. 【請求項１１】ゼーベック係数の前記関係が 【数２】 α＝（Ｉ_o2Ｖ_s1−Ｉ_o1Ｖ_s2）/ [(Ｔ_t−Ｔ_b1)Ｉ_o2−(Ｔ_t−Ｔ_b2)Ｉ_o1] であり、ここでＩ_o1が前記正規化熱流がゼロのときの、
第１の冷却温度Ｔ_b1における電流、Ｖ_s1が前記第１の冷
却温度において前記物質にかかる電圧、Ｉ_o2が前記正規
化熱流がゼロのときの、第２の冷却温度Ｔ_b2における電
流、Ｖ _s2 が前記第２の冷却温度において前記物質にかか
る電圧、及びＴ_tが前記プローブ・チップの前記先端に
おける温度を示す、請求項９記載の方法。11. The Seebeck coefficient relationship is as _follows : α = (I _o2 V _s1 −I _o1 V _s2 ) / [(T _t −T _b1 ) I _o2 − (T _t −T _b2 ) I _o1 ]. Where I _o1 when the normalized heat flow is zero,
Current at a first cooling temperature T _b1 , V _s1 is a voltage applied to the substance at the first cooling temperature, I _o2 is a current at a second cooling temperature T _b2 when the normalized heat flow is zero, V 10. The method of claim 9, wherein _s2 is the voltage across the material at the second cooling temperature and _Tt is the temperature at the tip of the probe tip. 【請求項１２】前記少なくとも１つの熱電特性を計算す
るステップが、前記物質のゼーベック係数、前記物質に
かかる電圧降下、前記物質の裏面の温度、摂動電流、前
記物質の電気抵抗、前記プローブ・チップの前記先端と
前記物質との間の接点の電気抵抗、及び前記物質の熱伝
導率にもとづき、前記物質の熱抵抗を計算するステップ
を含む、請求項１記載の方法。12. The Seebeck coefficient of the substance, the voltage drop across the substance, the temperature of the backside of the substance, the perturbation current, the electrical resistance of the substance, the probe tip , the step of calculating the at least one thermoelectric property. 2. The method of claim 1 including calculating the thermal resistance of the material based on the electrical resistance of the contact between the tip of the material and the material and the thermal conductivity of the material. 【請求項１３】前記少なくとも１つの熱電特性を計算す
るステップが、次の関係すなわち 【数３】 Ｋ＝α²ｉ(Ｔ_b＋ΔＴ_s)/[ｉ(Ｒ＋Ｒ_c)−δＶ−(α/λ)
δθ] にもとづき、前記物質の熱抵抗を決定するステップを含
み、ここでαが前記物質のゼーベック係数、ｉが小電
流、Ｔ_bが前記物質の背面の温度、ΔＴ_sが前記物質にか
かる温度降下、Ｒが前記物質の電気抵抗、Ｒ_cが前記プ
ローブ・チップの前記先端と前記物質との間の接点の電
気抵抗、δＶが電圧変化、δθが正規化熱流の変化、及
びλが前記物質の熱伝導率を示す、請求項１記載の方
法。13. The step of calculating the at least one thermoelectric property comprises the following relationship: K = α ² i (T _b + ΔT _s ) / [i (R + R _c ) −δV− (α / λ )
δθ] to determine the thermal resistance of the substance, where α is the Seebeck coefficient of the substance, i is the small current, T _b is the temperature of the back surface of the substance, and ΔT _s is the temperature of the substance. drop, the electric resistance of R is the substance, R _c is the flop
The method of claim 1, wherein the electrical resistance of the contact between the tip of the lobe tip and the substance, δV is the change in voltage, δθ is the change in normalized heat flow, and λ is the thermal conductivity of the substance. 【請求項１４】前記少なくとも１つの熱電特性を計算す
るステップが、前記プローブ・チップの前記先端と前記
物質との間の接点の電気抵抗を、ローレンツ数、前記物
質の温度、及び前記接点における熱抵抗の関数として決
定するステップを含む、請求項１記載の方法。14. The step of calculating the at least one thermoelectric property includes determining the electrical resistance of a contact between the tip of the probe tip and the material, the Lorentz number, the temperature of the material, and the heat at the contact. The method of claim 1 including the step of determining as a function of resistance. 【請求項１５】前記少なくとも１つの熱電特性を計算す
るステップが、前記プローブ・チップの前記先端と前記
物質との間の接点の電気抵抗を、次の関係すなわち 【数４】 Ｒ_c＝Ｌ₀Ｔ_s/Ｋ_c を用いて決定するステップを含み、ここでＬ₀はローレ
ンツ数、Ｔ_sは前記物質の温度、Ｋ_cは前記接点における
熱抵抗である、請求項１記載の方法。15. The step of calculating the at least one thermoelectric property determines the electrical resistance of a contact between the tip of the probe tip and the substance according to the following relationship: R _c = L ₀ The method of claim 1 including the step of determining with T _s / K _c , where L ₀ is the Lorentz number, T _s is the temperature of the material, and K _c is the thermal resistance at the contact. 【請求項１６】前記プローブ・チップの先端と前記プロ
ーブ・チップの底部との間の温度差を測定するステップ
が、第１の温度センサを用いて、前記前記プローブ・チ
ップの前記先端の温度を測定するステップと、第２の温
度センサを用いて、前記プローブ・チップの前記底部の
温度を測定するステップとを含む、請求項１記載の方
法。16. The tip of the probe tip and the professional
Measuring the temperature difference between the bottom of the chromatography Bed-chip, using a first temperature sensor, wherein the probe Chi
Measuring the temperature of the tip of the-up, using a second temperature sensor, and measuring the temperature of the bottom portion of the probe tip, the method of claim 1. 【請求項１７】前記第１の温度センサ及び前記第２の温
度センサの少なくとも一方が、熱電対またはサーミスタ
のいずれかである、請求項１６記載の方法。17. The method of claim 16, wherein at least one of the first temperature sensor and the second temperature sensor is either a thermocouple or a thermistor. 【請求項１８】物質の熱電特性を測定するコンピュータ
・プログラムであって、 前記物質にわたって温度差を生成するステップと、 プローブにより、前記物質にかかる電圧を測定するステ
ップと、 前記プローブ・チップの先端と前記プローブ・チップの
底部との間の温度差を測定するステップと、 測定された前記温度差及び前記電圧にもとづき、少なく
とも１つの熱電特性を計算するステップとを含むコンピ
ュータ・プログラム、を記録したコンピュータ可読媒
体。 18. A computer for measuring thermoelectric properties of a substance.
A program, the temperature difference between the steps of generating a temperature differential across the material, the probe, and measuring the voltage across the material, and the tip of the probe tip and the bottom of the probe tip measuring a, based on said measured temperature difference and the voltage, competent comprising calculating at least one thermoelectric properties
Computer-readable medium that stores a computer program
body. 【請求項１９】前記温度差を生成するステップが、前記
物質の底部に設けられる熱電冷却器を使用して、前記物
質を冷却する命令手段を含む、請求項１８記載のコンピ
ュータ可読媒体。 19. The method of generating the temperature difference, using a thermoelectric cooler which is provided at the bottom of the material, including instruction means for cooling the material, competent according to claim 18
Computer-readable medium. 【請求項２０】前記温度差を生成するステップが、前記
プローブに設けられるヒータ線に高電流を流すステップ
を含む、請求項１８記載のコンピュータ可読媒体。 20. The computer-readable medium of claim 18, wherein the step of producing the temperature difference comprises the step of passing a high current through a heater wire provided on the probe . 【請求項２１】前記電圧を測定するステップが、前記プ
ローブ・チップの前記先端につながるリードと、前記物
質の底部につながるリードとを含む回路を通じて、電流
を流すステップを含む、請求項１８記載のコンピュータ
可読媒体。21. The method of measuring the voltage, the flop
19. The computer of claim 18, including the step of passing an electrical current through a circuit that includes a lead leading to the tip of a lobe tip and a lead leading to the bottom of the material.
A readable medium . 【請求項２２】前記温度差を測定する第３のステップ
が、 前記プローブ・チップの前記先端において形成される第
１の熱電対にかかる第１の電圧を測定するステップと、 前記プローブ・チップの前記底部において形成される第
２の熱電対にかかる第２の電圧を測定するステップとを
含む、請求項１８記載のコンピュータ可読媒体。22. A third method for measuring the temperature differenceStep
But, The aboveProbe tipAt the tip ofFormed inFirst
Measure the first voltage across one thermocoupleStepWhen, The aboveProbe tipOn the bottom ofFormed inFirst
Measure the second voltage across the second thermocoupleStepAnd
19. The method of claim 18 includingComputer readable medium. 【請求項２３】前記温度差が、前記先端における電圧と
前記先端における温度との関係、及び前記プローブを横
断する熱流と前記プローブにかかる前記温度差との関係
にもとづき計算される、請求項２２記載のコンピュータ
可読媒体。23. The temperature difference is calculated based on the relationship between the voltage at the tip and the temperature at the tip, and the relationship between the heat flow across the probe and the temperature difference across the probe. Listed computer
A readable medium . 【請求項２４】前記少なくとも１つの熱電特性を計算す
るステップが、熱伝導率とゼーベック係数との関係を決
定するステップを含む、請求項１８記載のコンピュータ
可読媒体。24. wherein at least one step of calculating the thermoelectric properties, comprising the step of determining a relationship between the thermal conductivity and the Seebeck coefficient, claim 18 of the computer
A readable medium . 【請求項２５】前記熱伝導率とゼーベック係数との関係
が、前記プローブ・チップの前記先端における電圧の関
数としての正規化熱流と、前記物質にかかる電圧との比
である、請求項２４記載のコンピュータ可読媒体。25. The relationship between the thermal conductivity and Seebeck coefficient is the ratio of the normalized heat flow as a function of voltage at the tip of the probe tip to the voltage across the material. Computer-readable medium . 【請求項２６】前記少なくとも１つの熱電特性を計算す
るステップが、正規化熱流がゼロの状態での、前記物質
にかかる電圧と、前記物質に流れる電流と、前記プロー
ブ・チップの前記先端の温度と、前記物質の裏面の温度
とにもとづき、前記物質の抵抗の関係、及び前記物質の
ゼーベック係数の関係を決定するステップを含む、請求
項１８記載のコンピュータ可読媒体。 26. The step of calculating the at least one thermoelectric characteristic comprises the voltage across the material, the current flowing through the material, and the probe at a state where the normalized heat flow is zero.
And the temperature of the tip of the probe tip, based on the temperature of the back surface of the material, the relationship of the resistance of the material, and the step of determining the relationship of the Seebeck coefficient of the material, according to claim 18, wherein the computer readable medium . 【請求項２７】前記少なくとも１つの熱電特性を計算す
るステップが、前記物質のゼーベック係数、前記物質に
かかる電圧降下、前記物質の裏面の温度、摂動電流、前
記物質の電気抵抗、前記プローブ・チップの前記先端と
前記物質との間の接点の電気抵抗、及び前記物質の熱伝
導率にもとづき、前記物質の熱抵抗を計算するステップ
を含む、請求項１８記載のコンピュータ可読媒体。27. The step of calculating the at least one thermoelectric property comprises the Seebeck coefficient of the substance, the voltage drop across the substance, the backside temperature of the substance, the perturbation current, the electrical resistance of the substance, the probe tip. the tip and contact electrical resistance between the substance, and based on the thermal conductivity of the material, including the steps <br/> of calculating the thermal resistance of the material, according to claim 18, wherein the computer-readable media. 【請求項２８】前記少なくとも１つの熱電特性を計算す
るステップが、前記プローブ・チップの前記先端と前記
物質との間の接点の電気抵抗を、ローレンツ数、前記物
質の温度、及び前記接点における熱抵抗の関数として決
定するステップを含む、請求項１８記載のコンピュータ
可読媒体。28. The step of calculating the at least one thermoelectric property includes determining the electrical resistance of a contact between the tip of the probe tip and the substance, the Lorentz number, the temperature of the substance, and the heat at the contact. The computer of claim 18, including the step of determining as a function of resistance.
A readable medium . 【請求項２９】物質の熱電特性を測定する装置であっ
て、 前記物質にわたって温度差を生成する手段と、 前記物質にかかる電圧を測定し、プローブ・チップの先
端と該プローブ・チップの底部との間の温度差を測定す
るプローブ・チップとを含み、測定された前記温度差及
び前記電圧にもとづき、少なくとも１つの熱電特性を決
定する装置。29. A device for measuring the thermoelectric properties of the material, means for generating a temperature difference across the material, the voltage applied to the material is measured, and the bottom tip of the probe tip and the probe tip A probe tip for measuring a temperature difference between the two, and a device for determining at least one thermoelectric property based on the measured temperature difference and the voltage. 【請求項３０】前記少なくとも１つの熱電特性を決定す
るコンピュータを含む、請求項２９記載の装置。30. The apparatus of claim 29, including a computer that determines the at least one thermoelectric property. 【請求項３１】前記少なくとも１つの熱電特性が、熱伝
導率とゼーベック係数との関係を用いて決定される、請
求項３０記載の装置。31. The apparatus of claim 30, wherein the at least one thermoelectric property is determined using a relationship between thermal conductivity and Seebeck coefficient. 【請求項３２】前記少なくとも１つの熱電特性が、正規
化熱流がゼロの状態での、前記物質にかかる電圧と、前
記物質に流れる電流と、前記プローブ・チップの前記先
端の温度と、前記物質の裏面の温度とにもとづく、前記
物質の抵抗の関係、及び前記物質のゼーベック係数の関
係にもとづき決定される、請求項３０記載の装置。32. The at least one thermoelectric property is the voltage across the material, the current flowing through the material, the temperature at the tip of the probe tip , and the material at zero normalized heat flow. of based on the back surface of the temperature, the relationship between the resistance of the material, and is determined based on the relationship between the Seebeck coefficient of the material, apparatus according to claim 30. 【請求項３３】前記プローブ・チップが、該プローブ・
チップの前記先端の温度を測定する第１の温度センサ
と、該プローブ・チップの前記底部の温度を測定する第
２の温度センサとを含む、請求項２９記載の装置。33. The probe tip is the probe tip.
30. The apparatus of claim 29, comprising a first temperature sensor measuring the temperature of the tip of the tip and a second temperature sensor measuring the temperature of the bottom of the probe tip . 【請求項３４】前記第１の温度センサ及び前記第２の温
度センサの少なくとも一方が、熱電対またはサーミスタ
のいずれかである、請求項３３記載の装置。34. The device of claim 33, wherein at least one of the first temperature sensor and the second temperature sensor is either a thermocouple or a thermistor. 【請求項３５】物質の熱電特性を測定するプローブであ
って、 プローブ本体と、 前記プローブ本体上に形成されるプローブ・チップと、 前記プローブ・チップの先端に配置される第１の温度セ
ンサと、 前記プローブ・チップの底部に配置される第２の温度セ
ンサと を含み、前記第１及び第２の温度センサにおいて測定さ
れる温度が、前記物質の熱電特性を決定するために使用
されるプローブ。35. A probe for measuring thermoelectric properties of a substance, comprising a probe body, a probe tip formed on the probe body, and a first temperature sensor arranged at a tip of the probe tip. A second temperature sensor located at the bottom of the probe tip, the temperature measured at the first and second temperature sensors being used to determine the thermoelectric properties of the material. . 【請求項３６】前記第１の温度センサが第１のリード及
び第２のリードを含む第１の熱電対であり、前記第２の
温度センサが第３のリード及び第４のリードを含む第２
の熱電対である、請求項３５記載のプローブ。36. The first temperature sensor is a first thermocouple including a first lead and a second lead, and the second temperature sensor includes a third lead and a fourth lead. Two
36. The probe of claim 35, which is a thermocouple of 【請求項３７】前記第１のリード及び前記第４のリード
が白金／イリジウム金属組成から成り、前記第２のリー
ド及び前記第３のリードがクロムから成る、請求項３６
記載のプローブ。37. The first lead and the fourth lead comprise a platinum / iridium metal composition, and the second lead and the third lead comprise chrome.
The described probe. 【請求項３８】前記物質の裏面につながる第５のリード
を含み、前記第５のリード及び前記第１のリードが、前
記物質にかかる電圧を測定するために使用される、請求
項３６記載のプローブ。38. The method of claim 36, including a fifth lead connected to the backside of the material, the fifth lead and the first lead being used to measure a voltage across the material. probe. 【請求項３９】レーザ・ビームを反射し、前記プローブ
の前記物質に対する相対位置を決定するリフレクタを含
む、請求項３５記載のプローブ。39. The probe of claim 35 including a reflector that reflects the laser beam and determines the relative position of the probe with respect to the substance. 【請求項４０】前記プローブ・チップが円錐形状のプロ
ーブ・チップである、請求項３５記載のプローブ。40. The probe of claim 35, wherein the probe tip is a conical probe tip. 【請求項４１】前記プローブ本体がカンチレバー・プロ
ーブ本体であり、前記リフレクタが前記カンチレバー・
プローブ本体のたわみを決定するために使用される、請
求項３９記載のプローブ。41. The probe body is a cantilever probe body, and the reflector is the cantilever.
40. The probe of claim 39 used to determine the deflection of a probe body. 【請求項４２】前記プローブ本体がシリコンまたは窒化
ケイ素により形成される、請求項３５記載のプローブ。42. The probe of claim 35, wherein the probe body is formed of silicon or silicon nitride. 【請求項４３】前記プローブ・チップが酸化ケイ素コー
ンを含む、請求項３５記載のプローブ。43. The probe of claim 35, wherein the probe tip comprises a silicon oxide cone. 【請求項４４】前記第１の熱電対が、 前記プローブ本体及び前記プローブ・チップ上に形成さ
れ、前記プローブ・チップの底部においてエッチングさ
れる第１の金属層と、 前記第１の金属層上に形成される酸化ケイ素層と、 前記酸化ケイ素層上に形成され、前記プローブ・チップ
の前記底部においてエッチングされる第２の金属層とを
含む、請求項３６記載のプローブ。44. A first metal layer, wherein the first thermocouple is formed on the probe body and the probe tip, and is etched at a bottom portion of the probe tip; and on the first metal layer. 37. The probe of claim 36, comprising a silicon oxide layer formed on the silicon oxide layer and a second metal layer formed on the silicon oxide layer and etched at the bottom of the probe tip. 【請求項４５】前記第２の熱電対が、 前記プローブ本体及び前記プローブ・チップ上に形成さ
れる第１の金属層と、 前記第１の金属層上に形成され、前記プローブ・チップ
の先端においてエッチングされる酸化ケイ素層と、 前記酸化ケイ素層上に形成される第２の金属層とを含
む、請求項３６記載のプローブ。45. A second thermocouple, a first metal layer formed on the probe body and the probe tip, and a second metal layer formed on the first metal layer, the tip of the probe tip. 37. The probe of claim 36, comprising a silicon oxide layer etched in the step of: and a second metal layer formed on the silicon oxide layer. 【請求項４６】前記第１の金属層がクロムから成り、前
記第２の金属層が白金／イリジウム金属組成から成る、
請求項４４または請求項４５に記載のプローブ。46. The first metal layer comprises chromium and the second metal layer comprises a platinum / iridium metal composition.
The probe according to claim 44 or claim 45. 【請求項４７】前記プローブ本体上にヒータ線を含む、
請求項３５記載のプローブ。47. A heater wire is provided on the probe body,
The probe according to claim 35. 【請求項４８】前記第１の温度センサ及び前記第２の温
度センサの少なくとも一方がサーミスタである、請求項
３５記載のプローブ。48. The probe according to claim 35, wherein at least one of the first temperature sensor and the second temperature sensor is a thermistor. 【請求項４９】物質の熱電特性を測定するプローブを形
成する方法であって、 プローブ本体を形成するステップと、 前記プローブ本体上に形成されるプローブ・チップを形
成するステップと、 前記プローブ・チップの先端に配置される第１の温度セ
ンサを形成するステップと、 前記プローブ・チップの底部に配置される第２の温度セ
ンサを形成するステップとを含み、前記第１の熱電対及
び前記第２の熱電対において測定される電圧が、前記物
質の熱電特性を決定するために使用される方法。49. A method of forming a probe for measuring thermoelectric properties of a material, comprising: forming a probe body; forming a probe tip formed on the probe body; Forming a first temperature sensor disposed at the tip of the probe tip and forming a second temperature sensor disposed at the bottom of the probe tip, the first thermocouple and the second thermocouple. The voltage measured in the thermocouple of claim 1 is used to determine the thermoelectric properties of the material. 【請求項５０】前記第１の温度センサを形成するステッ
プが、第１のリード及び第２のリードを有する第１の熱
電対を形成するステップを含み、前記第２の温度センサ
を形成するステップが、第３のリード及び第４のリード
を有する第２の熱電対を形成するステップを含む、請求
項４９記載の方法。50. Forming the first temperature sensor includes forming a first thermocouple having a first lead and a second lead, and forming the second temperature sensor. 50. The method of claim 49, including forming a second thermocouple having a third lead and a fourth lead. 【請求項５１】前記第１のリード及び前記第４のリード
が白金／イリジウム金属組成から成り、前記第２のリー
ド及び前記第３のリードがクロムから成る、請求項５０
記載の方法。51. The first lead and the fourth lead comprise a platinum / iridium metal composition and the second lead and the third lead comprise chrome.
The method described. 【請求項５２】前記物質の裏面につながる第５のリード
を形成するステップを含み、前記第５のリード及び前記
第１のリードが、前記物質にかかる電圧を測定するため
に使用される、請求項５０記載の方法。52. A step of forming a fifth lead connected to a back surface of the substance, wherein the fifth lead and the first lead are used to measure a voltage applied to the substance. Item 50. The method according to item 50. 【請求項５３】レーザ・ビームを反射し、前記プローブ
の前記物質に対する相対位置を決定するリフレクタを形
成するステップを含む、請求項４９記載の方法。53. The method of claim 49 including the step of reflecting a laser beam to form a reflector that determines the relative position of the probe with respect to the substance. 【請求項５４】前記プローブ・チップが円錐形状のプロ
ーブ・チップとして形成される、請求項４９記載の方
法。54. The method of claim 49, wherein the probe tip is formed as a conical probe tip. 【請求項５５】前記プローブ本体がカンチレバー・プロ
ーブ本体として形成され、前記リフレクタが前記カンチ
レバー・プローブ本体のたわみを決定するために使用さ
れる、請求項５３記載の方法。55. The method of claim 53, wherein the probe body is formed as a cantilever probe body and the reflector is used to determine deflection of the cantilever probe body. 【請求項５６】前記プローブ本体がシリコンまたは窒化
ケイ素により形成される、請求項４９記載の方法。56. The method of claim 49, wherein the probe body is formed of silicon or silicon nitride. 【請求項５７】前記プローブ・チップが酸化ケイ素物質
を含む、請求項４９記載の方法。57. The method of claim 49, wherein the probe tip comprises a silicon oxide material. 【請求項５８】前記第１の熱電対を形成するステップ及
び第２の熱電対を形成するステップが、 前記プローブ本体及び前記プローブ・チップ上に第１の
金属層を形成するステップと、 前記プローブ・チップの底部において、前記第１の金属
層の一部をエッチングするステップと、 前記第１の金属層上に酸化ケイ素層を形成するステップ
と、 前記プローブ・チップの先端において、前記酸化ケイ素
層をエッチングするステップと、 前記酸化ケイ素層上に第２の金属層を形成するステップ
と、 前記プローブ・チップの前記底部において、前記第２の
金属層の一部をエッチングするステップとを含む、請求
項５０記載の方法。58. The step of forming the first thermocouple and the step of forming the second thermocouple, forming a first metal layer on the probe body and the probe tip; Etching a portion of the first metal layer at the bottom of the tip, forming a silicon oxide layer on the first metal layer, at the tip of the probe tip the silicon oxide layer Etching a silicon oxide layer, forming a second metal layer on the silicon oxide layer, and etching a portion of the second metal layer at the bottom of the probe tip. Item 50. The method according to item 50. 【請求項５９】前記第１の金属層がクロムから成る、請
求項５８記載の方法。59. The method of claim 58, wherein the first metal layer comprises chromium. 【請求項６０】前記第２の金属層が白金／イリジウム金
属組成から成る、請求項５８記載の方法。60. The method of claim 58, wherein the second metal layer comprises a platinum / iridium metal composition. 【請求項６１】前記プローブ本体上にヒータ線を形成す
るステップを含む、請求項４９記載の方法。61. The method of claim 49 including the step of forming a heater wire on the probe body. 【請求項６２】前記第１の温度センサ及び前記第２の温
度センサの少なくとも一方がサーミスタである、請求項
４９記載の方法。62. The method of claim 49, wherein at least one of the first temperature sensor and the second temperature sensor is a thermistor.