Датчик температуры Советский патент 1993 года по МПК H01L29/88 

Изобретение относится к контрольно- .измерительной технике.

Цель изобретения - расширение области измеряемых температур.

На чертеже изображена структура датчика температуры, поперечный разрез.

Датчик содержит анизотропный кристалл

1. например СаСОз, с базовой поверхностью

2. на которой закреплены электроды 3. Между электродами перпендикулярно базовой поверхности проходит плоскость двойникования 4, в которой выполнен паз 5. Туннельный зазор создается между электродами 3.

При изменении температуры изменяется угол двойникования и зазор между электродами, в результате чего изменяется туннельный ток, экспоненциально зависящий от зазора и, следовательно, от температуры. Использование анизотропного кристалла в качестве термочувствительного элемента датчика позволяет .повысить стабильность и воспроизводимость измерений температуры в широком диапазоне.

При подборе материала электродов с коэффициентом теплового расширения

Р (aisin0) + (azcosff)

(1)

И

где 0- угол наклона главной кристаллографической оси к плоскости двойникования;

«1 и ой - коэффициенты теплового рас- ширения кристалла вдоль и поперек главной кристаллографической оси соответственно (для одноосного кристалла), при нагревании и охлаждении датчика будут отсутствовать термические напряжения, связанные с разностью коэффициентов теплового расширения.

Датчик малочувствителен к действию проникающего излучения.

При использовании кристалла СаСОз область рабочих температур датчика составляет - 4,2 - 800 К.

Датчик может быть выполнен средствами технологии микроэлектроники, при этом кристалл выращивается эпитаксиально, паз вытравливается ионно-лучевым травлен и00

о ю

СО

ем, затем распылением наносятся электроды. Датчик может быть выполнен в корпусе интегральной микросхемы, в том числе неполупроводниковой (например, содержащей квантовые логические элементы). В последнем случае датчик может применяться для стабилизации режимов работы одно- электронных или туннельных вентилей.

Датчик работает следующим образом.

Сначала производится калибровка. Датчик градуируют, производя несколько измерений при известных температурах Т|. При известных TI измеряют туннельный ток li:

li с ехр( - 1,025УЩ),

(2)

где Ф - работа выхода электрона из отрицательного электрода, эВ;

d c(Ti - То) + do - зазор между электродами, А;

с - константа для данного датчика;

То - известная температура;

do - зазор между электродами при Т0.

Из выражения (2) получают

Т То + kin..

где Т0 и К определяются из калибровочных измерений.

Затем измеряют туннельный ток Л при искомой температуре Т и по току определяют температуру Т.

Чувствительность устройства по току зависит от разности коэффициентов теплового расширения материалов, геометрии датчика и работы выхода электрона:

0

5

0

5

0

г,.

dT

где Н - глубина паза, А;

а - угловая чувствительность датчика,- рад.

Для СаСОз а равна 0,00.004 рад на граДУСПри глубине паза 2,5 мкм . 25000 А чувствительность датчика составит 200% на градус, или при изменении температуры на 0,01° туннельный ток изменится на 2%.

Изменение ширины паза и, следовательно, начального зазора между электродами изменяет диапазон температур, в котором зазор находится в пределах 1-5 нм, и возможно туннелирование электронов.

Ф о рчи ула изобретения Датчик температуры, содержащий чувствительный элемент, включающий два электрода, образующие туннельный переход, отличающийся тем, что, с целью расширения области измеряемых температур, чувствительный элемент выполнен в виде кристалла с плоскостью двойникования, перпендикулярной базовой поверхности элемента, при этом в плоскости двойникования выполнен паз, по обе стороны которого на базовой поверхности расположены электроды.

Использование: контрольно-измерительная, техника. Сущность изобретения: датчик температуры содержит чувствительный элемент, выполненный в виде анизотропного кристалла с плоскостью двойникования, перпендикулярной базовой области кристалла. При этом в плоскости двойникования выполнен паз, по обе стороны которого на базовой поверхности расположены электроды, образующие туннельный переход. Чувствительность датчика задана глубиной паза, а область измеряемых температур - шириной пазы. 1 ил.