Способ измерения коэффициента теплопроводности полупроводникового образца

 

Изобретение относится к методам экспериментального измерения коэффициента теплопроводности образцов полупроводниковых материалов. Цель изобретения - снижение погрешности измерений. Цель достигается путем пропускания теплового потока через теплоконтактную грань, учета и измерения параметров, определяющих интенсивность теплового взаимодействия поверхности образца с внешней средой, измерения геометрических размеров образца и электрических сигналов, несущих информацию о температурах граней образца и внешней среды, достигается тем, что всю поверхность образца, кроме теплоконтактной грани, вводят в теплообмен с внешней средой, замеряют интенсивность теплообмена в виде коэффициента теплоотдачи, измеряют величины электрических сигналов, определяющих разности температур между теплоконтактной гранью и внешней средой, а также между свободной гранью образца, параллельной теплоконтактной, и внешней средой, а по отношению величин разностных сигналов судят, используя предварительно измеренное значение коэффициента теплоотдачи, о величине коэффициента теплопроводности. I з.п,ф-лы, 1 ил. оо SS ел GO

союз советсних социАлистичесних

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (g1)g G 0l N 25/18 фi.(Щюс р <

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ! ип, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬП ИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4647441/25 (22) 26. 12. 88 (46) 23. 03 ° 91. Бюл. К - 11 (71) Специальное конструкторское бюро "Теллур". с опытным производством

Института физики АН АЗССР (72) А.И,Грядунов (53) 536. 6 (088, 8)

1 (56) Теплопроводность твердых тел.

Справочник, /Под ред. А. С. Охотина. — M.: Энергоатомиздаг, 1984, с. 45, Охотин А, С. Теплофизические свойства полупроводников. — M.: Атомиздат, 1972, с, 75. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО

ОБРАЗЦА (57) Изобретение относится к методам экспериментального измерения коэффициента теплопроводности образцов полупроводниковых материалов. Цель изобретения — снижение погрешности измерений. Цель достигается путем пропускания теплового потока через

Изобретение о тносится к методам экспериментального измерения коэффициента теплопроводности образцов полупроводниковых матери ало в.

Цель изобретения — снижение погрешности измерения,.

На чертеже изображена схема устройства, реапизукщего предлагаемый способ. теплоконтактную грань, учета и измерения параметров, определяющих интенсивность теплового взаимодействия поверхности образца с внешней средой, измерения геометрических размеров образца и электрических сигналов, несущих информацию о температурах граней образца и внешней среды, достигается тем, что всю поверхность образца, кроме теплокантактной грани, вводят в теплообмен с внешней средой, замеряют интенсивность теплообмена в виде коэффициента теплоотдачи, измеряют величины электрических сигналов, определяющих разности температур между теплоконтактной гранью и внешней средой, а также между свободной

I гранью образца, параллельной теплоконтактной, и внешней средой, а по отношению величин разностных сигналов судят, используя предварительно измеренное значение коэффициента теппоотдачи, о величине коэффициента теплопроводности. l з. и, ф-лы, Образец I по одной предварительно прошлифов анной гр ани 2, являющейся теплоконтактной, установлен на теплоконтактной плоскости корпуса 3 градиентной печи 4. Через печь 4 про-. пущены прогода первой термопары 5, пер» вый спай которой установлен в отверстии теплоконтактной стенки корцуса

3 с обеспечением хорошего теплового

6753 где

К О к,у и к4н -т(о) -т„

3 163 контакта через тонкий электроизолирующий слой с теппоконтактной гранью 2 образца !. Первый спай второй термопары 6 установлен на свободной грани

7 образца 1. Вторые спаи термопар

5 и 6 размещены в среде, окружающей образец 1. Свободные концы термопар

5 и 6 соединены с противоположными плечами резистивного моста 8, в других плечах моста установлена эталонное сопротивление 9 величиной Rg и прецизионное переменное сопротивление !0 величиной R4, в диагональ моста 8 встроен гааьванометр 11 и кнопка 12, В состав устройства входит прибор для определения коэффициента теппоотдачи (не показан).

Способ осуществляют следующим образом. 20

Включают градиентную печь 4 и одновремейно«обеспечивают теплообмен с постоянным коэффициентом теппоотдачи на боковой поверхности образца и свободной грани 7, осуществляемый по- 25 средством создания потока газовой cpe+hi ° .окружающей образец. Иеэ RBHcHMblM образцом измеряют коэффициент теппоотдачи между поверхностью тела и потоком газа, который обеспечивается при 30 помощи вентилятора, расположенного в канале воэдуховода. Определяют отношение Y ..сигналов на концах первой и второй термопар 5 и 6. Используя значения размеров образца и коэффициента теппоотдачи, измерения которого производятся одновременно с измерениями теппопроводности образца МОЕ, определяют значение последнего по формуле 40

Р! ф --- --- ot ч s где. l — высота образца, т.е. расстояние между гранями, между которыми и внешней средой измеряются разности температур;

Р и S - периметр и площадь поперечного сечения образца; коэффициент теплоотдачи меж- 50 ду поверхностью и внешней средой, измерения которого проводятся одновременно с намерением коэффициента теплопронодностн Образца; 55

МОрень трюнецендентного у!3 ен йенйя

Ч ваМ+.к. Y IhY, Р! !!U -т(1)-т .

Здесь т(0) - температура теппоконтактной грани образца; т(1) " температура свободной грани образца, параллельной теплоконтактной; т " температура внешней среды«е

Ug и U измеряемые величины разностних электрических сигналов, определякщие разности температур между внешней средой и, соответственно, теплоконтактной и свободной граня ми;

К< и К " коэффициенты, определяющие преобразование величинн из меря емких р аэ но стных электрических сигналов в информации о разностях температур между внешней средой и, соответственно, теплоконтактной и свободной гранями.

Для снижения погрешности измерения коэффициента теплопроводности путем повышения точности определения отношения g величину последнего определяют по отношению величины переменного сопротивления R g к величине эталонного R< при балансе резистивного моста 7 в соответствии с формулой .!

К Ri

К2 <

При использовании термопар с одинаковым коэффициентом термоЭДС отноше" нне Р /R< и есть, в других случаях отношение К /К входит в постоянную экспериментальной установки, определяемой на стадии ее тарировки.

Таким образом, в предлагаемом методе измерения коэффициента теплопроводности полупроводникового образца нет необходимости в иэмерении величин тепловых потоков, проходящих через образец. Более того, измерение величин электрических сигналов, определяющих перепад температур на Образце, снодФтся к измерению Релнчнны пере менного сопротивления R < прн балансе

Яезпстйюного мостllв Проведение Цикле где

К 0 =Т(l) -Тс, 5 163675 экспериментальных измерений по предла" гаемому способу отличается экспериментальной простотой с малой постоянной времени, определяемой длительнос" тью установления стационарного температурного поля в образце.

Предлагаемый метод, отличаясь достаточной то чност ью и экспре с с иост ью, может найти применение в практике 10 экспериментальных исследований физических свойств полупроводниковых материалов, проводятся одновременно с измерением коэффициента теплопроводности образ ца;

" корень трансцендентного уравнения

М =ctlY + "- 1 зп (S

Р!

К v )

«е ) к ю

К1114 Т(о) Тс в формул а изобретения

1. Способ измерения коэффициента теплопроводности полупроводникового образца путем пропускания теплового потока через теплоконтактную грань, 20 учета и измерения параметров, определяющих интенсивность теплообмена поверхности образца с внешней средой, измерения геометрических размеров образэ ца и электриче ских сигналов, не25 сущих информацию о температурах граней образца и внешней среды, о т л ич ающийс я тем, что, с целью снижения погрешности измерений, всю поверхность образца, кроме теплоконтактной грани, вводят в теплообмен с внешней средой с постоянным коэффициентом теплоотдачи, измеряют коэффициент теплоотдачи и величины электрических сигналов, определяющих разности температур между теплоконтактной 35 гранью и внешней средой, а также между свободной гранью образца, параллельной теплококтактной, и внешней средой, путе м о предел ения т ер моЭДС термопар и по измеренным эначе ниям 40 коэффициент теплопроводности вычисляют по формуле

1 Pl 9

--- с( оь — „ 5 ° где 1 - высота образца, т, е. расстояние между гранямк, между которыми и внешней средой измеряются разности температур 1

P u S - периметр и площадь поперечного сечения образца; коэффициент теппоотдачи между поверхностью и внешней средой, измерения которого где К и К вЂ” коэффициенты, определякщие преобразование величин измеряемых разностных сигналов в информации о разнос".ях те мпе р атур между внешней средой и соответственно теплоконтактной н свободной rp аня ми;

U q. измеряемые величины разностных электрических си гналов, определяющие разности температур между внешней средой и соответственно теплоконтактной и свободной rp анями;

Т(О) - температура теплоконтактной грани образца;

Т(1) " темперагура свооодной гр ани о бр азц а, пар аллельной теплоконтактной;

Т - температура внешней среды.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что электрические сигналы, определяющие разности температур, подают в одни противоположные глечи реэистивного моста, меняют величины сопротивлений в других противоположных плечах и балансируют мост, при этом отношение величин разно стных сигналов для вычисления теглопроводности определяют по формуле

K(R где R и К, - величины сопротивлений

1 в противоположных плечах ур ав но веше пи о го резистивного моста.

1636753

Корректор Л Пилипенко

Редактор Л.Зайцева

Заказ 812 Тираж 388 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Составитель Н. Грищенко

Те хред М. Дидык

11