[論文レビュー] Ohm's law revision

M. V. Cheremisin|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 1999

Advancements in Semiconductor Devices and Circuit Design被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、電流を流す接触部におけるペルティエ効果に起因する抵抗測定の熱的補正を特定することで、オームの法則を再考している。この補正は接触部における温度差に起因し、電流の一次関数として現れ、ゼロ電流時でさえも持続するが、熱的慣性のため臨界周波数を超えると消える。したがって、高精度な抵抗測定では補正が必要である。

ABSTRACT

The standard ohmic measurements by means of two extra leads contain an additional thermal correction to resistance. The current results in heating(cooling) at first(second) sample contact due to Peltier effect. The contacts temperatures are different. The measured voltage is the sum of the ohmic voltage swing and Peltier effect induced thermopower which is linear on current. As a result, the thermal correction to resistance measured exists at $I o 0$. The correction should be in comparison with ohmic resistance. Above some critical frequency dependent on thermal inertial effects the thermal correction disappears.

研究の動機と目的

• 標準的な二端子オーム抵抗測定において見過ごされていた熱的補正を特定・定量すること。
• 電流を流す接触部におけるペルティエ効果が引き起こす非オーム的電圧寄与の起源を説明すること。
• 熱的慣性のためこの熱的補正が消える条件を特定すること。
• この補正がゼロ電流時でも持続することを明確にし、真のオーム抵抗とは区別する必要があること。

提案手法

• 電流の流れが加熱または冷却を引き起こすペルティエ接合として接触界面をモデル化する。
• 接触部における温度差に起因する熱電力寄与を電流に比例する一次関数として導出する。
• 時間変化する電流に対する系の熱的応答を分析し、周波数依存の熱的時間定数を導入する。
• 熱的慣性を用いて、熱的補正が無視できるようになる臨界周波数を特定する。
• ペルティエ効果に起因する補正の大きさと実際のオーム抵抗を比較し、その重要性を評価する。
• 標準的な二端子抵抗測定にこのモデルを適用し、理想オームの法則からの逸脱を定量する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非ゼロ電流における標準的な二端子抵抗測定で非オーム的電圧寄与が生じる原因は何ですか？
• RQ2 接触界面におけるペルティエ効果が抵抗測定の熱的補正をどのように引き起こすのですか？
• RQ3 なぜこの補正が電流がゼロのときでさえも持続するのですか？
• RQ4 熱的慣性のため、熱的補正が消える周波数はどのくらいですか？
• RQ5 熱的補正の大きさは、実際のオーム抵抗と比べてどの程度ですか？

主な発見

• 電流を流す接触部におけるペルティエ効果に起因する熱的補正が、接触点間の温度差によって生じる。
• この補正は電流に比例する一次関数として現れ、ゼロ電流時でも持続し、理想オームの法則に背く。
• この補正はペルティエ係数と電流に比例し、標準的な二端子測定で検出可能である。
• この補正は、系の熱的慣性に依存する臨界周波数を超えると消える。
• 補正の大きさは、オーム抵抗と比較して評価され、高精度測定におけるその重要性を判断する必要がある。
• 結果から、高精度応用における標準的な二端子抵抗測定では、ペルティエ効果に起因する熱電力の補正が必要であると示唆される。