Терморезистор Советский патент 1983 года по МПК G01K7/16 

Изобретение относится к термомет рии, а именно к конструкциям терморезисторов. Известен полупроводниковый датчик 1 термометра сопротивления, содержащий термочувствительный элемент и вывЬды с помощью которого мо но измерять температуру в интервале 50 - . Однако указанный термометр обладает сравнительно невысокой чувствительностью. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является терморезисторС2 , содержащий термо чувствительный элемент, выполненный из VO , размещенный на подложке и снабженный электродами, соединенн ми с токоподводами. Характерным свойством указанного материала (VCx), которое положено в основу-ра боты терморезистора, является наличие фазового перехода металл - полупроводник, сопровождающегося резким изменением электросопротивления (скачком), Терморезистор, изготовленный на основе окислов ванадия, обладает рядом преимуществ, а именно: большой чувствительностью (проводимость rVO при фазовом переходе изменяется Б 10 раз), высокой надежностью Недостатком указанного терморезистора (с термочувствительным элементом на основе окислов ванадия) является узкий диапазон измеряемых температур, как правило, лежащий в пределах . Это объясняется тем что значение температуры срабатыва ния терморезистора соответствует значению температуры фазового пере хода в материале термочувствительно го элемента, который происходит во всем объеме материала одновременно вследствие его однородности. При эт .электросопротивление также изменяет ся во всем объеме элемента одновременно, целью изобретения является расши рение диапазона измеряемых температур. Указанная цель достигается тем, что в термочувствительный элемент введена добавка Nb, распределенная в объеме термочувствительного элемента с плавным изменением концентрации в плоскости, размещения электр дов в направлении, перпендикулярном к, линии, соединяющей их центры. Кроме того, кt нцeнтpaция добавки изменяется в пределах 01-8,9 мол %. Ка фиг, 1 представлен предлагае мыя терморезистор, вид сбоку; на фиг 2 - то же, вид сверху; на фиг, 3 - график концентрации примеси .(Kb) в объеме чувствительного элемента,; Терморезистор содержит термочувствительный элемент 1, электроды 2, юдложку 3, токоподводы 4, Концентрация примеси изменяется в направлении, перпендикулярном к направлению электрического тока i, протекающего ч.ерез терморезистор, или, что все равно, в плоскости размещения электродов в направлении, перпендикулярном линии соединяющей их центры. Терморезистор имеет более широкий диапазон измеряемых температур по сравнению с известным. Это связано с тем, что, по мере изменения температуры, переход в новую (металлическую или неметаллическую) фазу происходит не по всему объему материала одновременно, а плавно: первоначально о.бразуется тонкий слой новой фазы, который затем постепенно утолщается с изменением температуры, заполняя весь объем. Благодаря этому в терморезисторах, изготовленных на основе таких материалов изменение сопротивления в зависимости от температуры происходит не резким скачком в узком температурном интервале, а плавно в более широком диапазоне температур. Указанное свойство терморезисто-1 ра объясняется наличием зависимое- , Ти температуры фазового перехода от концентрации добавки и наличием градиента этой концентрации в объеме элемента, Выбор в конкретном случае минимально возможного значения концентрации добавки ниобия (0,1 мол,%) определяется чувствительностью метода микрорентгеноспектрального анализа, позволяющего опрвделя ть концентрацию. Выбор максимально возможного значения 8,9 мол,%) связан с появлением в материале элемента новой неметаллической фазы при возрастании концентрации .ниобия выше указанного предела, что ведет к нарушению нормальной работы терморезистора. Пример , На стеклянной подложке формируют методом вакуумного напыления резистивную пленку соединения Nb О2.(гяе X - концентра- р ция добавки, мол,%) толщиной 2000 А в виде прямоугольника размерами 10х х15 мм. Градиент концентрации на правлен вдоль короткой стороны прямоугольника. Концентрация измен т: ся авномерно от 0 1 мол.% у края одной длинной стороны ijo 8,3 молi% у края противоположной стороны,По краям коротких сторон пленочного пря моугольника формируют тем же методом алюминиевые электроды. Выполненный .таким образом терморезистор позволяет измерять температуру от 339 К,что. срответствует концентрации добавки б,1 мол.% до ,что соответствует}

концентрации добавки . 8,9 мол.%. При этом сопротивление терморезистора изменяется по-прежнему на неiсколько порядков.

При сохранении высоких значений чувствительности значительно возрастает диапазон измеряем:1х темаератур, ,.в частности, в терморезисторе, ВЕШОЛненном на основе 02(0,001: Х.0,089), ширина диапазона измеряемых температур возрастает приблизительно в 9 раз по сравнению с изгег ным терморезистором.

Термочувствительный элемеут терморезистора может содержать в качестве добавки вместо Nb другие вещества, например хром, вольфрам (Cr,W). Кроме того, в качестве материала термочувствительного элемента может .батъ использована, например, полутораокись вангщия примес ью титана Т (проводимость Р.. фазовым переходе изменяется в 10 раз .ч.

Таким образом, изобретение позволяет расширить диапазон измеряемых температур при сохранении высокой чувствительности.

1.ТЕРМОРЕЗИСТОР, содержащий термочувствительный элемент, Выполненный из VOjj , размещенный на подложке и снабженный электродами, ооединенньми с токоподводами, о т личающийся тем,что,с целью расширения диапазона измеряемых : температур, в термочувствительный элемент введена добавка Nb , распре деленна) в объеме термочувствительного элемента с плавным изменением концентрации в плоскости размещения электродов в направлении, перпендикулярном к линии, соединяющей их центры. . 2. Терморезистор по п.1, отличающийся тем, то концентрация добавки изменяется в пределах (Л 0,1-8,9 ьюл.%.

-.,- Я-, МОА . %