Термометр сопротивления Советский патент 1984 года по МПК G01K7/22 

Изобретение относится к измерению температуры в условиях воздействия магнитных полей.

Известны металлические термометры сопротивления, лредназначенные для работы в магнитных полях . ll .

Недостатком металлических термометров является их невысокая температурная чувствительность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является термометр сопротивления, содержащий чувствительный элемент из монокристаллического полупроводника с двумя омическими контактами рП .

Полупроводниковые сопротивления имеют значительно большую чувствительность к изменению температуры по сравнению с металлическими, однако они не позволяют производить точные измерения температуры в условиях воздействия магнитного поля. Это связан с тем, что полупроводники отличаются высокими значениями подвижности но сителей заряда. .

Цель изобретения - повьппение точности измерения температуры в условиях воздействия магнитного поля.

Поставленная цель достигается тем, что в термометре сопротивления, содержащем чувствительный элемент из монокристаллического полупроводника с двумя омическими контактами, чувствительный элемент выполнен с поперечными размерами в плоскости, перпендикулярной линии, соединяющей контакты, меньшими наибольшей характерной диффузионной длины свободных носителей заряда, но превьппающими длину экранирования полупроводника.

Чувствительный элемент выполнен с поперечными размерами в плоскости, перпендикулярной линии, соединяющей контакты равными наименьшей характерной диффузионной длине свободных носителей заряда полупроводника.

Снижение влияния магнитного поля в полупроводниковом термометре обусловлено тем, что в монокристалле полупроводника, поперечные размеры которого в плоскости, перпендикулярной линии соединяющей контакты, не Превьшхают характерной диффузионной длины свободных носителей заряда пол:упроводника диффузионной длИны электронно-дырочных пар, длины энергетической релаксации или длины междолинной релаксации полупроводника), под действием электрического и магнитного полей в направлении, перпендикулярном току и проекции вектора магнитного поля на плоскость, перпендикулярную току, возникает градиент концентрации свободных носителей заряда с постоянным характерным параметром. Появление градиента концентрации свободных носителей приводит к возникновению поперечного диффузионного тока, действие магнитного поля на который уменьшает изменение проводимости полупроводника в магнитном поле.

Если поперечные размеры полупроводникового элемента в указанной плоскости примерно равны наименьшей из диффузионных длин, то понижение чувствительности -к магнитному полю будет максимально, так как движение свободных носителей в плоскости, нормальной линии, соединяющей контакты, происходит без релаксации любого из характерных параметров и приводит к возникновению градиента концентрации носителей со всеми характерными параметрами.

Снижение чувствительности к магнитному полю наблюдается при всех значениях скорости релаксации характерного параметра на боковых поверхностях чувствительного элемента термометра. Однако при больших скоростях релаксации будет происходить частичное разрушение градиента концентрации носителей с постоянным характерным параметром. Поэтому боковые поверхности полупроводникового чувствительного элемента должны быть обработаны так,,чтобы скорость поверхностей релаксации характерного параметра была минимальна.

Скорость поверхностей релаксации характерного параметра определяется рельефом поверхности полупроводника, его зарядовым состоянием, химическим составом оксидного покрытия, его структурой и примесями, вводимыми в процессе обработки поверхности полупроводника. Минимальные скорости достигаются при минимальных концентрациях примеси, дефектов структуры и при рельефе с размером неоднородностей меньше длиныволны электрона на поверхностях, содержащих слои сильного истощения или обогащения.

Поскольку условие малости скорости поверхностной релаксации харак31

терного параметра требует создания на поверхности слоев истощения или обогап(ения, то необходимо, чтобы не ухудшить температурную чувствительность, поперечные размеры чувствительного элемента выполнить большими чем длина экранирования полупроводника.

Пример. Термометр сопротивления изготовлен из электронного айтимонида индия с концентрацией свободных электронов ЗЮ , подвижностью бЮ см/ВС, при диффузионной длине электронно-дырочных пар 40 мкм и длине экранирования 0,3 мкм. Чувствительный элемент выполнен в форме узкой прямоугольной пластины длиной 220 мкм, толщина которой 4-30 мкм. Поверхность полупроводника обработана методом меха- нического полирования и анодного

188724

травления в смеси азотной, плавиковой и уксусной кислот, что обеспечивает скорость поверхностной релаксации электронно-дырочных пар ЮОсм/с.

На чертеже приведены зависимости относительного изменения сопротивления термометров от величины магнитного поля для чувствительных элементов разной толщины (кривая 1 соответствует толщине чувствительного элемента 30 мкм, кривая 2-15 мкм, кривая 3-13 мкм, кривая 4-10 мкм кривая 5-7 мкм и кривая 6-5 мкм) .

Предлагаемый термометр позволяет существенно уменьшить погрешность измерения температуры от воздействия магнитного поля по сравнению с прототипдм и может быть использован вследствие его малых размеров для измерения нестационарных температур.

1. ТЕРМОМЕТР СОПРОТИВЛЕНИЯ содержащий чувствительный элемент иэ монокристаллического полупроводника с двумя омическими контактами, отличающийся Тем, что, с целью повьппения точности измерет 200 360 too ния температуры в условиях воздействия .магнитного поля, чувствительный элемент выполнен с поперечными размерами в плоскости, перпендикулярной линии, соединяющей контакты, меньшими наибольшей характерной диффузионной длины свободных носителей за ряда, но превышающими длину экранирования полупроводника. 2. Термометр по п. 1, о т л ичающийся тем, что чувствительный элемент выполнен с поперечными размерами в плоскости, перпендикулярной линии, соединяющей контйкты, равными наименьшей характерной диффузионной длине свободных носителей заряда полупроводника.