Датчик температуры
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.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 Н 01 1 29/88
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4872359/25 (22) 26.07.90 (46) 23.04.93. Бюл. hl 15 (71) Специальное конструкторское бюро . микроэлектроники и вычислительной техники AH СССР (72) М.В.Вотченников, В.А.Осорин и
И.Э. Ш крадюк (56) Патент США N 4566023, кл. Н 01 1
29/84, 1986. . Авторское свидетельство СССР
hL 277310; кл. G 01 К 7/22, 1969. (54) ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ
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.
„„ Ы„„1810931 А1 (57) 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, При подборе материала электродов с коэффициентом теплового расширения P:
P = (а1з!по) + (а созб), (1) ф где  — угол наклона главной кристаллографической оси к плоскости двойникования; а1 и a2 — коэффициенты теплового рас- Q(} ширения кристалла вдоль и поперек главной д кристаллографической оси соответственно С (для одноосного кристалла), О при нагревании и охлаждении датчика будут отсутствовать термические напряжения, свя° аюв ванные с разностью коэффициентов теплового расширения.
Датчик малочувствителен к действию проникающего излучения. ° ваай
При использовании кристалла СаСОз об-. ласть рабочих температур датчика составляет — 4,2 — 800 К.
Датчик может быть выполнен средствами технологии микроэлектроники, при этом кристалл выращивается эпитаксиально, паэ вытравливается ионно-лучевым тра влени1810931 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 одноэлектронных или туннельных вентилей.
Датчик работает следующим образом.
Сначала производится калибровка. Дат-. чик градуируют, производя несколько измерений при известных температурах Т . При известных Ti измеряют туннельный ток li.
li = с ехр(— 1,02594di), (2) где Ф вЂ” работа выхода электрона иэ отрицательного электрода, эВ;
Ф = с(Т вЂ” TJ+ d — зазор между электродами, А; с — константа для данного датчика;
То — известная температура; .do — зазор между электродами при То.
Из выражения (2) получают
Т = То+ Ып1, где То и К определяются иэ калибровочных измерений.
Затем измеряют туннельный ток1 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: о где Н вЂ” глубина паза, А; а — угловая чувствительность датчика, ° рад.
Для СаСОз а равна 0,00004 рад íà градус.
При глубине паза 2,5 мкм; 25000 А чувствительность датчика составит 200 на градус, или при изменении температуры на
15 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, 20 и возможно туннелирование электронов.
Фо рванул а и зо бр е те ни я
Датчик температуры, содержащий чувствительный элемент, включающий два
25 электрода, образующие туннельный переход, отличающийся тем, что, с целью расширения области измеряемых температур, чувствительный элемент выполнен в виде кристалла с плоскостью двойникования, Э0 перпендикулярной базовой поверхности элемента, при этом в плоскостидвойникования выполнен паз, по обе стороны которого на базовой поверхности расположены электроды.
