[论文解读] Ohm's law revision

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

Advancements in Semiconductor Devices and Circuit Design被引用 8

一句话总结

本文通过识别电流载流接触处因珀蒂埃效应引起的温度差导致的电阻测量热修正，对欧姆定律进行了修订。该修正源于接触点之间的温差，表现为与电流成线性关系的项，即使在零电流时依然存在；然而，由于热惯性，该修正在超过临界频率后消失，因此在精确的电阻测量中必须进行修正。

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.

研究动机与目标

• 识别并量化标准两线欧姆电阻测量中被忽视的热修正。
• 解释电流载流接触处珀蒂埃效应引起的非欧姆电压贡献的来源。
• 确定由于热惯性，该热修正消失的条件。
• 阐明该修正即使在零电流时仍存在，必须与真正的欧姆电阻区分开来。

提出的方法

• 将接触界面建模为珀蒂埃结，其中电流流动根据方向引起加热或冷却。
• 推导出由接触点温差引起的热电功率对测量电压的线性贡献。
• 分析系统对时变电流的热响应，引入与频率相关的热时间常数。
• 利用热惯性确定一个临界频率，超过该频率后热修正可忽略不计。
• 将珀蒂埃引起的修正量与实际欧姆电阻进行比较，以评估其重要性。
• 将该模型应用于标准两线电阻测量，以量化其与理想欧姆定律的偏离程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在非零电流下，标准两线电阻测量中非欧姆电压贡献的成因是什么？
• RQ2 接触界面的珀蒂埃效应如何导致电阻测量中的热修正？
• RQ3 为何该修正即使在电流为零时仍持续存在？
• RQ4 由于热惯性，热修正在何种频率下消失？
• RQ5 热修正的大小与实际欧姆电阻相比如何？

主要发现

• 电阻测量中的热修正源于电流载流接触处的珀蒂埃效应，导致接触点之间产生温差。
• 该修正表现为与电流成线性关系的项，即使在零电流时也持续存在，违反了理想欧姆定律。
• 该修正与珀蒂埃系数和电流成正比，在标准两线测量中可被检测到。
• 该修正在依赖于系统热惯性的临界频率以上消失。
• 必须将该修正的大小与欧姆电阻进行比较，以评估其在精密测量中的重要性。
• 结果表明，在高精度应用中，标准两线电阻测量必须对珀蒂埃引起的热电功率进行修正。