Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Кафедра напівпровідникової електронікиСтр 1 из 4Следующая ⇒
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
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).
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
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.) |