[논문 리뷰] Ohm's law revision

M. V. Cheremisin|arXiv (Cornell University)|1999. 08. 31.

Advancements in Semiconductor Devices and Circuit Design인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 전류가 흐르는 접합에서 펠리에 효과로 인한 열보정을 규명함으로써 옴의 법칙을 재수정한다. 이 보정은 접합부의 온도 차이에서 기인하며 전류의 선형항으로 나타나며, 전류가 0이 되어도 지속되지만, 열 관성으로 인해 임계 주파수 이상에서는 사라지게 된다. 따라서 정밀 저항 측정에서는 보정이 필요하다.

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.

연구 동기 및 목표

• 표준 이단자 옴의 저항 측정에서 간과된 열보정을 규명하고 정량화하는 것.
• 전류가 흐르는 접합에서 펠리에 효과로 인한 비옴의 전압 기여의 기원을 설명하는 것.
• 이 열보정이 열 관성으로 인해 어떤 조건에서 사라지는지 규명하는 것.
• 이 보정이 전류가 0이어도 지속되며, 진정된 옴의 저항과 구별되어야 한다는 점을 명확히 하는 것.

제안 방법

• 전류 흐름이 가열 또는 냉각을 유도하는 펠리에 접합으로서 접합 부위를 모델링하는 것.
• 접합부의 온도 차이에서 기인하는 열전력 기여를 전류에 대해 선형으로 유도하는 것.
• 시간에 따라 변화하는 전류에 대한 시스템의 열적 반응을 분석하고, 주파수에 의존하는 열적 시간 상수를 도입하는 것.
• 열 관성을 이용하여 열보정이 무시 가능해지는 임계 주파수를 결정하는 것.
• 펠리에 효과로 인한 보정의 크기를 실제 옴의 저항과 비교하여 그 중요성을 평가하는 것.
• 표준 이단자 저항 측정에 모델을 적용하여 이상적 옴의 법칙에서의 편차를 정량화하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비영의 전류에서 표준 이단자 저항 측정에서 비옴의 전압 기여는 무엇에 의해 발생하는가?
• RQ2 접합부에서의 펠리에 효과는 어떻게 저항 측정의 열보정을 유도하는가?
• RQ3 왜 이 보정은 전류가 0이어도 지속되는가?
• RQ4 열 관성으로 인해 열보정이 사라지는 주파수는 어느 정도인가?
• RQ5 열보정의 크기는 실제 옴의 저항과 비교하여 어떠한가?

주요 결과

• 전류가 흐르는 접합에서 펠리에 효과로 인해 발생하는 온도 차이로 인해 저항 측정에 열보정이 발생한다.
• 이 보정은 전류에 대해 선형항으로 나타나며, 전류가 0이어도 지속되며 이상적 옴의 법칙을 위반한다.
• 이 보정은 펠리에 계수와 전류에 비례하며, 표준 이단자 측정에서도 검출 가능하다.
• 이 보정은 시스템의 열 관성에 따라 임계 주파수 이상에서는 사라진다.
• 이 보정의 크기를 옴의 저항과 비교하여 정밀 측정에서의 중요성을 평가해야 한다.
• 결과적으로 표준 이단자 저항 측정은 고정밀 응용에서 펠리에 효과로 인한 열전력 보정이 필요하다는 것을 시사한다.