Термометр сопротивления

 

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.

72 A

ССЮЭ СОВЕТСКИХ

СОИ ЮР

РЕСПУБЛИК

I (1В (11) Э(59 С 01 К 7 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ лУ вЂ” Iф

R, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OYHPbFAO (21) 3505556/24-10 (22) 28.10.82 (46) 15.10.84. Вюл. У 38 (72) lO.И.Еросов, А.И.Климовская, Н.А.Прима и О.В.Снитко (71) Институт полупроводников АН УССР (53) 536.53(088.8) (56) 1. Патент ФРГ У 2450551, кл. С Ot К 7/18, опублик. 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

У 247554, кл. С 01 К 7/22, 1968. (54)(57) 1. ТЕРМОМЕТР СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащий чувствительный элемент из монокристаллического полупроводника с двумя омическими контактами, отличающийся тем, что, с целью повышения,, точности измере-, ния температуры в условиях воздействия .магнитного поля, чувствительный элемент выполнен с поперечными размерами в плоскости, перпендикулярной линии, соединяющей контакты, меньшими наибольшей характерной диффузионной длины свободньм носителей за" ряда, но превышающими длину экранирования полупроводника, 2. Термометр по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что чувствительный элемент выполнен с поперечными размерами в плоскости, перпендикулярной линии, соединяющей контакты, равными наименьшей характерной диффузионной длине свободных носитее лей заряда полупроводника.

1118872 2

Изобретение относится к измерению температуры в условиях воздействия магнитных полей.

Известны металлические термометры сопротивления, предназначенные для работы в магнитных полях .(1) .

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 P2j .

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 связано с тем, что полупроводники отличаются высокими значениями подвижности носителей заряда. !

25

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры в условиях воздействия магнитного поля.

Поставленная цель достигается тем, что в термометре сопротивления, 30 содержащем чувствительный элемент из монокристаллического полупроводника с двумя омическими контактами, чувствительный элемент выполнен с поперечными размерами в плоскости, пер- 35 пендикулярной линии, соединяющей контакты, меньшими наибольшей характерной диффузионной длины свободных носителей заряда, но превышающими длину экранирования полупроводника. 40

Чувствительный элемент выполнен с поперечными размерами в плоскости, перпендикулярной линии, соединяющей контакты равными наименьшей характерной диффузионной длине сво- 45 бодных носителей заряда полупроводника.

Снижение влияния магнитного поля в полупроводниковом термометре обусловлено тем, что в монокристалле полу- 50 проводника, поперечные размеры которого в плоскости, перпендикулярной линии, соединяющей контакты, не превышают характерной диффузионной длины свободных носителей заряда полу- 55 проводника 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 длины волны электрона на поверхностях, содержащих слои сильного истощения или обогащения.

Поскольку условие малости скорости п.верхностной релаксации харакСоставитель В. Голубев

Редактор Ю. Ковач Техред А.Бабинец!

Корректор О. Луговая

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, .Ж-35„ Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 11 терного параметра требует создания на поверхности слоев истощения или обогащения, 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 3 10 см

i ) подвижностью 6 ° 10 см /В с, 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

Заказ 7442/29 Тираж 822

18872 б травления в смеси азотной, плавиковой и уксусной кислот, что обеспечивает скорость поверхностной релаксации электронно-дырочных пар 100 см/с.

На чертеже приведены зависимости относительного изменения сопротивления термометров от величины магнитного поля для чувствительных элемен1р тов 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 - 5мкм).

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