Датчик температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 810931 А 1 Ы 1 1 29/8 5)5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕДЬСТВУ ВТОРС КОМУ(57) Использование; контрольно-измерительная.техника, Сущность изобретения: датчик температуры содержит чувствительный элео. мент, выполненный в виде анизотропного и- кристалла с плоскостью двойникования, перпендикулярной базовой области кристалла. и 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,(21) 4872359/25(71) Специальное кмикроэлектроники ики АН СССР566023, кл 29/84, 1986.Авторское свиде ЬВ 277310; кл. 6 01 К (54) ДАТЧИК ТЕМПЕ тельство ССС7(22, 1969,РАТУРЫ 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 коэфициентом теплового расширения Р: Р = (а 1 зпо) + (асозб), (1) где В - угол наклона главной кристаллографической оси к плоскости двойникования;а 1 и аг - коэффициенты теплового расширения 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 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 влени 1810931ем, затем распылением наносятся электроды. Датчик может быть выполнен в корпусе интегральной микросхемы, в том числе не- полупроводниковой (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. Дат-. чик градуируют, производя несколько измерений при известных температурах Ть При известных Т измеряют туннельный ток 1:1 = с ехр( - 1,0254 Ид, (2)где Ф - работа выхода электрона иэ отрицательного электрода, эВ;б = с(Т - То) + бо - зазор между электродами, А;с - константа для данного датчика; То - известная температура;бо - зазор между электродами при То Из выражения (2) получаютТ = То + Ып.3,где То и К определяются иэ калибровочных измерений.Затем измеряют туннельный ток 3 при искомой температуре Т и по току определяют температуру Т.Чувствительность устройства по току зависит от разности коэффициентов теплового расширения материалов, геометриидатчика и работы выхода электрона:огде Н - глубина паза, А;а - угловая чувствительность датчика,рад.Для СаСОз а равна 0,00004 рад на градус.При глубине паза 2,5 мкм; 25000 Ачувствительность 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 рынул а и зо бр е те ни я Датчик температуры, содержащий чувствительный элемент, включающий два 25 электрода, образующие туннельный переход, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью.расширения области измеряемых температур, чувствительный элемент выполнен в виде кристалла с плоскостью двойникования, Э 0 перпендикулярной базовой поверхностиэлемента, при этом в плоскостидвойникования выполнен паз, по обе стороны которого на базовой поверхности расположены электроды.