Кафедра напівпровідникової електроніки 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Кафедра напівпровідникової електроніки



ІТРЕ

Кафедра напівпровідникової електроніки

 

 
 

 

Курсова робота

з курсу: “Сенсори та фотоелектричні перетворювачі в біоелектроніці”

на тему: “Сенсори температури та деформації”

 

 

виконала: ст.гр.ФБЕ-5

Клим Галина

прийняв:

Губа С.К.

 

 

Львів-2003

ЗМІСТ

 

Вступ

1. Основні напрямки практичного використання Si, Si-Gе

1.1 Розробка сенсорів та їх характеристики

1.2 Терморезистиіші вимірювальні перетворювачі

 

2. Сенсори температури з HK

2.1Сучасний стан напівпровідникової термометрії

2.2Мініатюрні широкодіапазонні термометри опору на основі HK GaAs

2.3Модифікації термометрів: ТОАГН-1, ТОАГЯ-2,ТОАГН-3

2.4Вплив термообробки на властивості термочутливих елементів з n-GaAs і спосіб виготовлення термометрів опору

2.5 Високочутливий сенсор температури

2.6 Термометр опору із HK GaP

2.7 Термометр опору із HK GaAsP

2.8 Сенсор температури (НК n-Ge)

изькотемпературний термометр (НК Te-Se)

 

3.Сенсори деформації

3.1 Сенсор деформації на основі кристала n-GaAs

3.2 Метод вимірювання деформації (фототензорезистор)

3.3 Напівпровідниковий тензорезистор (НК Te)

3.4 Тензорезистор з точковим контактом (Te-Au)

3.5 Сенсор гідростатичного тиску (НК Te)

3.6 Напівпровідниковий тензодавач на основі гетероструктури (Te-GaAs)

3.7 Сенсор для одночасного вимірювання деформації і температури

3.8 Багатофункціональний сенсор

 

4. Розрахункова частина

4.1 Розрахунок основних параметрів терморезисторів на основі НК

 

5. Висновок

 

Література

 

 

 

 

ВСТУП

 

В сучасній техніці велику роль відіграють вимірювальні перетворювачі або сенсори, які є необхідними елементами автоматичних систем, систем збирання і обробки інформації, моніторингу. Приладобудування розвивається в напрямку мініатюризації сенсорів. Говорять про виникнення нової галузі - сенсоелектроніки. Сенсори, в порівнянні з традиційними вимірювальними перетворювачами, мають вищі метрологічні та експлуатаційні характеристики і значно дешевші. Щорічний приріст світового обсягу виробництва сенсорів складає 20 % при відсутності насичення ринку збуту. Найбільший приріст виробництва сенсорів очікується на давачі для автомобілів. У машинах останнього покоління передбачається застосування 50-100 сенсорів. Крім того, високоточні прилади потрібні для таких галузей, як медицина, енергетика, кріогеніка, для систем контролю технологічних процесів, наукових досліджень і т.п. Створення нових засобів вимірювальної техніки, конкурентноздатної на світовому ринку, можливе за умови випереджуючого розвитку технологічних, дослідно-конструкторських робіт в галузі сенсорики. В перспективі - розроблення нових класів сенсорів, наприклад, хімічних, біологічних, створення інтегральних давачів (які містять як чутливий елемент, так і схему обробки сигналу), багатоелементних і багатофункціональних. Передбачається створення нових типів сенсорів, які працюють за новими принципами і технологіями (з використанням скла, кераміки, надпровідників і т.д.). Технологічні процеси повинні забезпечувати як високі експлуатаційні характеристики давачів, так і мінімальні енергетичні і матеріальні затрати. Складність проблеми полягає в тому, що одних сенсорів потрібні одиниці, а інших – мільйони. Існують проблеми, пов'язані з налагоджуванням багатосерійного виробництва. Сучасні давачі високого класу дорогі (до 500 $), а чутливі елементи є досить складними структурами. Дані завдання частково вирішуються за допомогою ниткоподібних кристалів (HK).

В даний час мова йде не тільки про вдосконалення відомих типів сенсорів (підвищення чутливості, розширення температурногодіапазону),а і про пошук нових принципів їх побудови: фізичних, технологічних, конструкційних.

Найбільш простийі дешевий – ампульний метод одержання HK. Основний його недолік - недостатнє керування процесами росту. Тому перед дослідниками стоїть завдання виділення головних технологічних параметрів та систем, які дозволили б зробити процес більш керованим, оптимізувати технологію шляхом моделювання процесів.

Переваги ампульного методу, крім простоти, полягають у можливості здійснення, одночасно з вирощуванням, легування HK, в тому числі складного, керування геометрією і електричними параметрами HK. З однієї партії (ампули) можна одержати до 1000 чутливих елементів, що не потребують додаткової обробки. За нашими даними, вартість одного сенсора (температури, тиску) не повинна перевищувати 2 $. Технологічна база лабораторії дозволяє після випуску дослідної партії давачів (до 200 шт. в рік) збільшити їх випуск до 3000 шт. в рік без суттєвих капіталовкладень. Провадяться роботи в напрямку створення інформаційно-вимірювальних систем, а також метрологічної атестації давачів (сенсорів).

 

 

ОСНОВНІ НАПРЯМКИ ПРАКТИЧНОГО ВИКОРИСТАННЯ HK

Si, Si-Gc

 

СЕНСОРИ ТЕМПЕРАТУРИ З HK

Модифікації термометрів: ТОАГН-1, ТОАГЯ-2,

ТОАГН-3

ТОАГН-1 призначений для температурних вимірювань у діапазоні 4,2-300K. Номінали опорів 20-30 Ом (300 K) і 2000 Ом (4,2 K).

Характеристики R(T) описуються двома експонентами з показником В ~ 6 у рівнянні R = R0 ехр(В/Т) (4,2-20 K) і 230 (40-300 K). Використовували циліндричний латунний корпус з діаметром -1мм, довжиною - до 8 мм. У якості наповнювача застосовували вакуумну замазку "ап'єзон". Головна перевага термометра - розширення температурного діапазону, спрощення градуювання.

ТОАГН-2 призначений для вимірювання швидкозмінних температур у кріогенних циркуляційних системах. Давач має плівкову основу з отвором, при цьому ЧЕ має трапецеїдальну форму, закріплений своїми електричними підводами на плівковій основі і розміщений у її отворі, заповненому високотеплопровідною вакуумною замазкою. Площа підкладки ~0,5 см2, товщина ~50 мкм, показник теплової інерції ~1мс; середня чутливість - 15 Ом/К (4-20 K). При вимірюваннях підкладка (паперова або клейова) приклеюється до холодопроводу.

ТОАГН-3 призначений для вимірювання температури в діапазоні 4,1-294 K і характеризується підвищеною надійністю і багатофункціональністю. Давач містить ЧЕ з ниткоподібного кристала GaAs з електричними підводами, кожен з яких виконаний з 2-х провідників різного перерізу, наповнювача і ЧЕ, що розміщений у порожнині герметизованого корпусу. Новим у давачі є те, що одна з граней ЧЕ покрита графітом, його електричні підводи закріплені на стінках корпусу, виконаного з монокристалічного корунду, по довжині провідників більшого перерізу, а як наповнювач використовується порошок АЦОз Дана конструкція характеризується кращими тепловими характеристиками, зокрема, швидкодією (коефіцієнт теплопровідності корунду при T = 30-40 K досягає 6000 Вт/мК, підвищеною вібростійкістю, можливістю вимірювань променевих теплових потоків (0,145-6 мкм) (рис.3.).

 

Рис.3. Конструкції термометрів: ТОАГН - 1 (а); ТОАГН - 2 (б); ТОАГН - З (в): 1 - ЧЕ; 2 - контакти; 3 - струмопідводи; 4 - мідні дротини; 5 -корпус (латунний або корундовий); 6 - паперова або клейова підкладка; 7 - герметизуючий компаунд; 8 - наповнювач; 9 - місця приклеювання; 10 - місця приварювання (припаювання); 11 -латунні смужки; 12 - пластмасова або керамічна трубка.

 

Термометрів опору

 

Відомо, що при виготовленні термісторів проводять високотемпературну термообробку (ТО) пресованих матеріалів протягом багатьох годин, що ускладнює технологічний процес, знижує стабільність термометрів. Одним з недоліків напівпровідникових терморезисторів є те, що технологічний процес їх виготовлення не забезпечує ідентичності градуювальник характеристик, взаємозамінність термометрів.

Часто проводять розділ термометрів на серії з мінімальним розкидом параметрів (12-14 %). Для часткового усунення вказаного недоліку, тобто підвищення точності, у способі виготовлення напівпровідникових терморезисторів, який включає вирощування кристалів GaAs з газової фази, легування їх сіркою, розріз на елементи, приєднання Au-струмопідводів, проводять додаткову низькотемпературну термообробку термометрів шляхом ізохронного відпалу їх на повітрі при температурі 633-643 K, а час відпалу визначають за експериментальне встановленою залежністю приросту опору дії від чутливості.

Встановлено наступну аналітичну залежність зміни DR(77 K) у процесі відпалу

де ρ- температурний коефіцієнт приросту опору β = ΔR/ΔTτ; ΔТ- відхилення температури від 643 К, τ- час термообробки; K -чутливість термометра. Коефіцієнти а = 36 і b = 111 визначають з рівняння прямої ΔR = аК + Ь. У даному випадку (рис.4.) ρ = 0,058 Ом/Кгод, K = 3,19. Якщо відпал проводите при 643 K, то ΔT = O і рівняння (4) спрощується: AR-(36 K- 111) т, звідки час відпалу (4):

Температура відпалу 633-643 K вибрана на основі експериментальних даних з відпалу термометрів при різних температурах. Такі результати представлені на рис.4,а для > термометрів, виготовлених з одного KK. Тривалість відпалу 0,5-8 год., температурний інтервал ТО 40 K.

 

Рис.4. Залежність зміни опору термометрів від часу термовідпалу при різних тсмперагурах

 

Приріст опору ΔR(77K) може перевищувати ЗО Ом при початковому опорі 11-12 Ом. При цьому, при вказаних вище температурах залежності є лінійними, а при 623 K і 663 K - ідхиляються від лінійних. Параметр нелінійності AYM/Y для температур ТО 643-633 K знаходиться у межах 1 %. Крім того, при T > 663 K відбуваються зміни у контактах, які погіршують їх характеристики, а при T < 623 K залежність Δr(t) втрачає монотонний характер. Тобто, основною температурою ТО є 643 K, для високочутливих термометрів вона може бути понижена до 633 K. Другий графік залежності приросту DR від чутливості побудований для температури ТО 643 K і т = 1 год (рис.4,б).Він дозволяє вибрати час ТО для одержання необхідного приросту DDR. Наприклад, для термометра з чутливістю R77/R300 ~ 4,2 відпал протягом 1 години дає приріст ΔR = 50 Ом. При необхідності одержання другого приросту цей час пропорційно змінюють, наприклад, для ΔR=100 Ом - 2 години відпалу і т.п. Аналітичні залежності (3,4) відображають дані закономірності.

Додатково досліджували мікротвердість підданих термообробці елементів. Результати підтверджують структурні перетворення, які мають місце в матеріалі. Приріст мікротвердості після ТО міг досягати 1,5 109 Н/м2 (T = 643 K, т = 3 год). Крім того, для температур ТО ~ 643 K зміна Н(т) мала лінійний характер. Таким чином, використовуючи тільки один параметр - час ТО, можна звести характеристики термометрів в одну групу, проводити їх взаємозамінність з точністю до ±5 %. Є також можливість підвищення чутливості термометрів.

 

Термометр опору із HK GaP

 

У відомих термометрах похибка за рахунок магнітного поля T може бути суттєвою. Термометри із HK GaAs також мають обмеження при роботі в магнітних полях. Запропонований термометр із HK GaP призначений для точного вимірювання температур у діапазоні 4,2-300 K, особливо при наявності магнітних полів. ЧЕ представляє собою НК GaP р-типу, легований Zn, з ρ = 0,02-0,05 Ом*см і концентрацією атомів Zn рівною 2 1018-10 9 см-3. Вигляд градуювальних характеристик відповідає типу "hard". Залежність питомого опору від температури має вигляд:

 

 

Рис.6. Градуювальні характеристики термометрів (ТОФГН) для різних значень питомого опору: 1 - 0,02; 2 - 0,05 Ом-см.

 

Важливою особливістю термометрів є зручні для вимірювань номінали опорів термометрів (<104 Ом при 4,2 K), що їх вигідно відрізняє від Ge-термометрів. Це зумовлено високою концентрацією носіїв при збереженні такої ж приблизно низькотемпературної чутливості. На рис. 7 наведені порівняльні залежності ρ(4,2) — f(N) для матеріалів Ge, GaAs, GaP, які свідчать про переваги GaP. Заштриховані ділянки на рисунку відповідають робочим діапазонам матеріалів термометрів.

 

Рис.7. Залежність питомого опору від концентрації домішок для різних матеріалів: 1 - Ge; 2 - pGaAs; 3 - pGaP.

Термометр опору із HK GaAsP

 

Термометр призначений для вимірювання температур у інтервалі 173-473 K. Відомі напівпровідникові термометри, розроблені для вказаного інтервалу із HK Si, мають такі недоліки, як порівняно невисоку чутливість і складний характер термометричних характеристик R(T). У свою чергу, високочутливі термометри на основі з'єднань АзВз (GaAs) не розраховані на "від'ємні" температури. Питомий опір HK становить 3-8 Ом*см (300 K), номінали опорів 250-5000 Ом. Аналогічно, як і в HK GaAs, у зразках має місце самокомпенсація. У залежностях R(T) є одна термоактиваційна ділянка з нахилом ε = 0,1 еВ, що спрощує градуювання і процес вимірювання. За рядом параметрів термометри наближаються до термометрів японських фірм.

 

СЕНСОРИ ДЕФОРМАЦІЇ

 

Температури

 

Відомі тензотермодавачі, виготовлені з металевих дротин, які містять тензочутливий елемент та охоплюючий його термочутливий елемент. Їх недоліком є низька чутливість та значні габарити. Більш мініатюрним є малобазний тензодавач з ниткоподібного кристала, який містить тензочутливі області n- і р-типу, і р-n перехід між ними, що використовується для вимірювання температури.

Розроблено сенсор, що містить тензочутливий елемент трубчастої форми 1, ізоляційне покриття 2, термочутливий елемент 3, струмопідводи до тензочутливого 4,5 і термочутливого 6,7 елементів. Схема включає також вимірювальний прилад 8, перемикач 9 (рис.15).

 

 

Рис. 15. Схема давана для одночасного вимірювання деформації та температури

 

Термочутливий елемент виготовляли з ниткоподібного кристала телуру трубчастої форми. Коефіцієнт його тензочутливості високий (>|100|) у широкому інтервалі температур. Як термочутливий елемент використовували HK GaP(0,4)As(0,6), легований сіркою, який як терморезистор працює в інтервалі температур 173-473 K.

Перемикач 9 дозволяє використовувати один і той самий цифровий прилад 8 (В7-16) для вимірювання опорів елементів 1 і 3. Давачі повинні бути попередньо проградуйовані. Термочутливий елемент не зазнає впливу деформації, так як знаходиться у порожнині тензочутливого елемента, що підвищує точність вимірювання.

 

Багатофункціональний сенсор

 

Відомі багатофункціональні давачі для одночасного вимірювання декількох фізичних параметрів, наприклад, зусилля і температури, або тиску, температури і вологості. Чутливими елементами можуть бути ниткоподібні кристали кремнію, що спрощує конструкцію давачів, забезпечує мініатюризацію. Серед описаних давачів відсутні давачі для одночасного вимірювання таких параметрів, як деформація, температура і магнітне поле. Відомі давачі з ниткоподібних монокристалів напівпровідників групи АзВз для одночасного вимірювати магнітного поля і температ. Проте, такі давачі не можуть вимірювати третій параметр - деформацію. Ще один тип багатофункціонального давача з НІС кремнію призначений для вимірювання деформації і температури. Він містить ЧЕ з HK Si із сформованим на ньому перпендикулярним р-п переходом і трьома точковими контактами, причому частина ЧЕ р-типу служить давачем деформації (зусилля), а ділянка з р-n переходом - давачем температури. Проте, у зв'язку з нездатністю вимірювати магнітне поле, він має обмежені функціональні можливості. Крім цього, давач має недостатню точність виміру температури, оскільки р-п перехід, зазнає впливу деформації і може змінювати свої параметри.

У запропонованому багатофункціональному давачі ЧЕ виготовлений з голчастого монокристала твердого розчину Si1-хGex складу х = 0,05, легованого Zn, з питомим опором ~ 0,5 Ом*см. Сам ЧЕ складається з трьох частин, утворених точковими контактами так, що частина з сторони більшого поперечного перерізу використана як давач деформації, середня -як давач температури, і частина зі сторони вістря - як давач магнітного потія. Оптимпошша геометрія дяиача, тобто співвідношення частин ЧЕ, яке складає 3:2:1.

Виконання ЧЕ з голчастого монокристала твердого розчину Si1-хGex складу х - 0,05, легованого, з питомим опором ~0.5 Ом*м забезпечує високу чутливість давача деформації з коефіцієнтом тензочутливості K >100, його невелику температурну зміну (~ 10 % в інтервалі 293-353 K). Для давача тепераіури наведені вище параметри дають лінійну залежність опору від температури з темпера гурним коефіцієнтом опору ~ +0,4 %1/К, що підвищує точність вимірювань. Наявність нелінійної S-подібної ВЛХ одного з конгактів і її чутливості до впливу магнітного поля, зокрема величини індукції В, забезпечує можливість її використання в давачі. Цьому сприяє голчаста форма ЧЕ і зміщення даного контакту до вістря кристала. Оптимальна чутливість давача магнітного поля та лінійна залежність ΔU = f(B) має місце при вказаних вище параметрах ЧЕ та співвідношенні його частин 3:2:1. Позитивний ефект забезпечується теж мінімальною величиною мапгітоопору ЧЕ (<0,1 %), завдяки чому магнітне поле не впливає на покази давачів деформації і температури.

На рис.16,а представлена схема давача. Давач містить ЧЕ 1, що складається з трьох частин, утворених чотирма точковими контактами 2,3,4,5 так, що товстіша частина 2-3 використана як давач деформації, середня 3-4 - як давач температури і тонша 4-5 - як давач магнітного поля.

Загальна довжина ЧЕ складає 8-15мм, середній ефективний діаметр ~ 50 мкм. Точкові контакти 2-5 створені методом електроімпульсного приварювання Pt -мікродроту діаметром ЗО мкм. Контакти 2 і 5 розташовують безпосередньо біля основи і вістря ЧЕ, контакт 3 - посередині ЧЕ, а контакт 4 -зміщено до вістря ЧЕ, тобто на віддалі від нього ~ на 1/6 1 (1-довжина ЧЕ).

Використовують давач таким чином. Розташовують ЧЕ зконтактами на пружному елементі, приклеюючи його частину 2-3 за допомогою клею ВЛ-931, або БФ-2, за стандартною методикою. Градуюють його як тензорезистор, задаючи пружному елементу певного ступеня деформації є і вимірюючи зміну опору цифровим приладом (В7-16А). При роботі у широкому температурному діапазоні необхідне градуюваїшя давача деформації AR/Ro = %) при різних температурах, тобто одержання залежності K = f(T). Опісля градуюють давач температури (частіша 3-4 ЧЕ), і одержують залежність R(T). Для даною ЧЕ ця залежність є достатньо лінійною для двох га'дціапазонів - 233-273 K і 273-333 K - з чутливістю ΔR/DT -1,2-1,5 Ом/К, що дозволяє вимірювати температуру з точністю ± 0,1 K. І, вкінці, градуюють давач магнітного поля, пропускаючи стабілізований струмживлення через контакти 3 і 4 (як і у давачі температури), але вимірюють спад напруги між контактами 4 і 5, тобто опір розтікання контакту 4. У нашому випадку, задаючи робочий струм 10 = 2-3 мА і вибираючи робочу точку біля максимуму напруги S-подібної BAX, одержали лінійну залежність приросту напруги від індукції магнітного поля AU -f(B) з чутливістю у = ΔU/ΔB ~ 500 мВ/Тл. Для роботи у температурному діапазоні необхідно проградуювати давач при різних T, тобто визначити коефіцієнти P = Δγ/ΔТ.

Одержавши відповідні залежності (графічні або аналітичні) для давача деформації - ΔR/Ro - f(s), температури - R = f(T), магнітного поля - ΔU = f(B), маємо можливість одним давачем вимірювати 3 параметри: деформацію, температуру і магнітне поле. Зауважимо, що при цьому використовуємо один цифровий вимірювальнім прилад, а лінійність градуювальнігх характеристик полегшує процес вимірювання і підвищує точність. Номінали опорів давачів 300-500 Ом зручні для реєстрації, а чутливість давача магнітного поля значно вища, ніж у давача Холла, що дозволяє вимірювати слабі магнітні поля.

 

Розрахункова частина

Таблиця 1.

 

Параметри терморезистора з HК GaP0,4As0,6

 

Домішка Eдом,еВ Темп. інтервал ТКО,%/K
Cu 0,33 0 - 300 0C 4 - 1
S 0,12 -100 - +200 0C 4 - 1
Ni 0,07 -198 - +20 0C 13 - 1

Як видно з табл. 1, TKO зменшується при підвищенні температури. Збільшення кон­центрації домішки приводить до пониження TKO. Найбільший TKO одержують при рівні легування 1014 – 1015 см-3. При концентрації домішок 1019 см-3 (вироджений напівпровідник) TKO (незалежно від знака) зменшується практично до нуля, відображаючи експериментальний факт, що опір вироджених зразків слабко залежить від температури.

Розглянемо деякі конкретні приклади використання терморезисторів з HK для контролю температури. Так, при легуванні HK Si-Ge бором та золотом опір змінюється на 3-4 порядки (див. рис.18) в температурній області 77-300 K. Такий терморезистор можна рекомендувати для створення мініатюрного високочутливого термометра для діапазону температур 77-300 K.

Використання HK дає змогу розширити температурний робочий інтервал терморезистора на область кріогенних температур. Важливою характеристикою термометра для кріогенних температур є слабка залежність його опору від магнітного поля. Такі характеристики мають терморезистори з HK Si-Ge<Zn> та GaP. Термометр з HK GaP призначений для точного вимі­рювання температури в діапазоні 4,2-300 K. Чутливий елемент являє собою HK GaP р-типу, легований Zn, з ρ = 0,02 - 0,05 Ом*см і концентрацією атомів Zn рівною 2*1018-1019 см-3. Залежність питомого опору від температури має вигляд:

, (17)

 

де добре виражені ділянки з енергією ε1 близькою до енергії іонізації ізольованої домішки (300-90K); і ε3 - пов'язана з стрибкоподібною провідністю по станах домішкової зони (70-4,2 K). Відсутність кореляції у розміщенні домішок заважає виходу кривих R(T) при низьких температурах на насичення. При цьому чутливість S = ΔlgR/ΔlgT у температурному інтервалі досить рівномірна: S300= 1,3 і S4,2 = 1,6 (рис. 19). Оскільки GaP має найбільш низьку рухливість носіїв серед популярних напівпровідникових матеріалів, то мінімальною є і величина магнітоопору зразків. Похибка ΔТ за рахунок магнітного поля (В = 2Тл, T = 4,2 K) не перевищувала 0.01K.

 

 

Рис. 18. Температурна залежність опору HK Si1-xGex (х = 0,03), вирощених у системі В+Au.

 

Важливою особливістю термометрів є зручні для вимірювань номінали опорів термометрів (<104 Ом при 4,2 K), що їх вигідно відрізняє від Ge-термометрів (1-100 Ом). Це зумовлено високою концентрацією носіїв при збереженні такої самої як, в термометрах з Ge низькотемпературної чутливості.

Для вимірювань кріогенних температур (1-20 K) використовується також термометр на основі HK Te-Se. ЧЕ термометра був виконаний з HK Te1-xSex, де 0,1< х < 0,4 мас. %. Градуювальна характеристика описується залежністю R = A-BIgT, де значення сталих А = 275 Ом, В = 171 Ом. Вказаний склад твердого розчину забезпечує похибку апроксимації <0,1 K. Для підвищення точності при вимірюваннях найбільш низьких температур (1-3 K) доцільно викорис­товувати склади з х, близьким до 0,4 мас % Se, а для більш високих температур (10-20 K) - з х, близьким до 0,1. Перевагою термометрів с можливість проведення вимірювання у магнітних полях. Величина поперечного магнітоопору в полях з індукцією В < 0,8Тл не перевищує 0,1 K, а в більших полях магнітоопір описусгься лінійною функцією виду ΔR/R = -а + bВ і може бути легко розрахований. Розсіювана потужність у термометра при найнижчих температурах становить 10-7 Вт і перевищує відповідне значення давача з InSb (2*10-8 Вт, що підвищує точність вимірювання. Особливості термометричних характеристик визначаються специфікою низькотемпературних властивостей Те (Te-Se).

 

 

Рис. 18. Температурна залежність електропровідності НК GaP.

 

Наприкінці порівняємо параметри н/п терморезисторів на основі HK зпромисловими аналогами (табл. 2). Промислові терморезистори створюються на основі напівпровідникової кераміки (їх маркування відображає склад кераміки, наприклад KM - кобальтомарганцеві, MM -міднозакисні та інші терморезистори).

 

Таблиця 2.

 

Висновок

Проаналізувавши отриманий результат і порівнявши його з табличними даними можна побачити, що стала часу tt, стала, яка характеризує швидкодію терморезистора, не суттєво відрізняється від табличного значення.

 

 

Література

 

1. Байцар Р.І., Варшава С.С., Напівпровідникові мікросенсори., Львів, Вид-во Лв ЦНТЕІ, 2001.- 288с.

 

2. Вайнберг В.В., Варшава С.С., Полех Л.Н., Низкотемпературные свойства нитевидных кристалов телурида // УФЖ.- 1993.- Т.38, №12.- с.1830-1836.

 

 

3. Локонь Г.П., Кузілевич Л.П., Дослідження можливості використання ниткоподібних кристалів германію як датчиків опору для вимірювання середніх температур // Вісник НУ “Львівська політехніка”, - 2001. - №423.- с.76-80.

 

4. Визначення основних параметрів терморезисторів: Методичні вказівки до лабораторної роботи №1 з курсу “Мікроелектронні сенсори”, для студентів базового непрямку 6.09080 “Електроніка” / Укл.: І.П. Островський.- Львів: Вид-во НУ “Львівська політехніка”, 2002.- 12 с.

 

 

 

ІТРЕ

Кафедра напівпровідникової електроніки

 

 
 

 

Курсова робота

з курсу: “Сенсори та фотоелектричні перетворювачі в біоелектроніці”

на тему: “Сенсори температури та деформації”

 

 

виконала: ст.гр.ФБЕ-5

Клим Галина

прийняв:

Губа С.К.

 

 

Львів-2003

ЗМІСТ

 

Вступ

1. Основні напрямки практичного використання Si, Si-Gе

1.1 Розробка сенсорів та їх характеристики

1.2 Терморезистиіші вимірювальні перетворювачі

 

2. Сенсори температури з HK

2.1Сучасний стан напівпровідникової термометрії

2.2Мініатюрні широкодіапазонні термометри опору на основі HK GaAs

2.3Модифікації термометрів: ТОАГН-1, ТОАГЯ-2,ТОАГН-3

2.4Вплив термообробки на властивості термочутливих елементів з n-GaAs і спосіб виготовлення термометрів опору

2.5 Високочутливий сенсор температури

2.6 Термометр опору із HK GaP

2.7 Термометр опору із HK GaAsP

2.8 Сенсор температури (НК n-Ge)

изькотемпературний термометр (НК Te-Se)

 

3.Сенсори деформації

3.1 Сенсор деформації на основі кристала n-GaAs

3.2 Метод вимірювання деформації (фототензорезистор)

3.3 Напівпровідниковий тензорезистор (НК Te)

3.4 Тензорезистор з точковим контактом (Te-Au)

3.5 Сенсор гідростатичного тиску (НК Te)

3.6 Напівпровідниковий тензодавач на основі гетероструктури (Te-GaAs)

3.7 Сенсор для одночасного вимірювання деформації і температури

3.8 Багатофункціональний сенсор

 

4. Розрахункова частина

4.1 Розрахунок основних параметрів терморезисторів на основі НК

 

5. Висновок

 

Література

 

 

 

 

ВСТУП

 

В сучасній техніці велику роль відіграють вимірювальні перетворювачі або сенсори, які є необхідними елементами автоматичних систем, систем збирання і обробки інформації, моніторингу. Приладобудування розвивається в напрямку мініатюризації сенсорів. Говорять про виникнення нової галузі - сенсоелектроніки. Сенсори, в порівнянні з традиційними вимірювальними перетворювачами, мають вищі метрологічні та експлуатаційні характеристики і значно дешевші. Щорічний приріст світового обсягу виробництва сенсорів складає 20 % при відсутності насичення ринку збуту. Найбільший приріст виробництва сенсорів очікується на давачі для автомобілів. У машинах останнього покоління передбачається застосування 50-100 сенсорів. Крім того, високоточні прилади потрібні для таких галузей, як медицина, енергетика, кріогеніка, для систем контролю технологічних процесів, наукових досліджень і т.п. Створення нових засобів вимірювальної техніки, конкурентноздатної на світовому ринку, можливе за умови випереджуючого розвитку технологічних, дослідно-конструкторських робіт в галузі сенсорики. В перспективі - розроблення нових класів сенсорів, наприклад, хімічних, біологічних, створення інтегральних давачів (які містять як чутливий елемент, так і схему обробки сигналу), багатоелементних і багатофункціональних. Передбачається створення нових типів сенсорів, які працюють за новими принципами і технологіями (з використанням скла, кераміки, надпровідників і т.д.). Технологічні процеси повинні забезпечувати як високі експлуатаційні характеристики давачів, так і мінімальні енергетичні і матеріальні затрати. Складність проблеми полягає в тому, що одних сенсорів потрібні одиниці, а інших – мільйони. Існують проблеми, пов'язані з налагоджуванням багатосерійного виробництва. Сучасні давачі високого класу дорогі (до 500 $), а чутливі елементи є досить складними структурами. Дані завдання частково вирішуються за допомогою ниткоподібних кристалів (HK).

В даний час мова йде не тільки про вдосконалення відомих типів сенсорів (підвищення чутливості, розширення температурногодіапазону),а і про пошук нових принципів їх побудови: фізичних, технологічних, конструкційних.

Найбільш простийі дешевий – ампульний метод одержання HK. Основний його недолік - недостатнє керування процесами росту. Тому перед дослідниками стоїть завдання виділення головних технологічних параметрів та систем, які дозволили б зробити процес більш керованим, оптимізувати технологію шляхом моделювання процесів.

Переваги ампульного методу, крім простоти, полягають у можливості здійснення, одночасно з вирощуванням, легування HK, в тому числі складного, керування геометрією і електричними параметрами HK. З однієї партії (ампули) можна одержати до 1000 чутливих елементів, що не потребують додаткової обробки. За нашими даними, вартість одного сенсора (температури, тиску) не повинна перевищувати 2 $. Технологічна база лабораторії дозволяє після випуску дослідної партії давачів (до 200 шт. в рік) збільшити їх випуск до 3000 шт. в рік без суттєвих капіталовкладень. Провадяться роботи в напрямку створення інформаційно-вимірювальних систем, а також метрологічної атестації давачів (сенсорів).

 

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-06-28; просмотров: 70; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.205.246.61 (0.215 с.)