Способ измерения термоэлектродвижущей силы жидких полупроводниковых материалов

фстеоонтв ням НИЕ ЕН ИЯ ЕТЕЛЬСТВУ 76942 П И СО БР из Советских Социалистических Реслублик(43) Опубликовано О.10,80 6 01 Х 27/14 6 01 К 27/72 Государственный комит ССС Ро делам изобретенийллетенькрыти 5) Дата опубликования описания 28.10 72) Автор изобретени Заявитель Институт радиофизики и электроники АН Армянскои(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯТЕРМОЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛО Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано, в частности, при измерении термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) жидких полупроводниковых материалов.Контактные способы измерения ТЭДС полупроводтсикав в примененви к жидким полупроводникам обычно оказываются неприемлемыми в силу химической,агрессивности последних по отношению к измери тельным электродам, особенно при высотсих температурах.Известен способ измерения ТЭДС жидких полупроводников, при осуществлении которого, с целью исключения химического взаимодействия полупроводникового материала с измерительными электродами или термопарами, их рабочие части, соприкасаюш 1 иеся с жидиим аолувроводником, помещают в защитные колпачии из тЬчастины, молибдена, вольфрама, графита или других термостойких материалов 1 Ц,Недостатками этого способа являются; необходимость подбора для каждого кончсретного случая материала защитного колпачка, не реагирующего с материалом жидкого полупроводника; искажение результа тов измерения, возникающее из-за ненадежности электрического и теплового контактов электродов и.термопар с защитными колпачками. Кроме тога, этому способу присущи погрешности, связанные с летучестью и испарением исследуемого материала, а также с возможностью окисления.Наиболее близким техническим решением является способ измерения термоэлектродвмжущей силы полупроводниковых материалов путем создания заданного гра.диента температур, заключающийся в том, 10 что всю измерительную систему помещаютв гермепизированную камеру с вакуумом или инертным газом 12Однако этот способ, несмотря на рядзначительных конструктивных усложнений, 15 принципиально не устраняет недостатков,присущих предшествующему, в силу того, что он не исключает:необходимости в контакте измерительных электродов, термопар, защитных колпачков:и т. п. с исследуемым материалом.Целью изобретения является расширение температурного диапазона измерений.Для этого замкнутый контур из участков твердой и иидкой фаз лисследуе,маго 25 матеряала ломещают в магнотное полеи в качестве меры термоэлектродвижу.щей силы лрянимают угол поворота контура, а искомую величвну определяют как разность полной термоэлектродвижузс шей силы контура и известной термоэлектродвижущей силы контура и известной термоэлекпродвижущей силы материала в твердой фазе. Контейнер с содержащимся в нем исследуемым материалом герме тизируют огнеупорным материалом (на.пример, нптридом бора), термостойкимп свойствами которого и определяется верхний предел температурного диапазона измерений. В зависимости от исследуемого материала в .гермепизированном контейнере создают высокий вакуум или инертную среду. Затем контейнер устанавливают на опоры вращения (аналогично подвижной части электроизмерительных приборов). На участке контура путем местного нагрева создают фиксированный градиент температуры Т - Т, причем значения Т, и Т устанавливают выше температуры плавления полупроводникового материала, и, таким образом, образуется замкнутая последовательная электрическая цепь из твердой и жидкой фаз материала.Всю описанную выше систему поме.щают в поле постоянного магнита так, чтобы оно пересекало плоскость контура.В результате взаимодействия магнитного поля с током в контуре, вызванном ТЭДС, контур поворачивается на определенный угол, величина которого зависит от величины ТЭДС, Угол поворота контура принимают за меру ТЭДС,П р и м е р 1. Для предварительной проверки предлагаемого способа была изготовлена спаянная из тинной меди,и константана прямоугольная рамка с размерам)и 15 Х 5 см и сопротивление - 10 -ом.Рамка насаживалась на ось и помещалась в постоянное магнитное поле напряженностью Н =2000 э. При натреве спая до 300 С в рамке возникал ток порядка 1,5 А. При перепаде температуры уже внесколько градусов рамка поворачивалась.П р и м е р 2. Окончательная проверкапроводилась на полупров)одниковом материале У.О;, - 5 СцО, которым заполнялся контейнер нз кварцевой трубки диаметром 10 мм. Трубке придавалась форма квадрата со стороной 4 см. К середине одной из сторон квадрата приваривался кварцевый стержень диаметром 3 мм и длиной 10 см, к которому прикреплялась упругая вольфрамовая нить диаметром 50 мкм и длиной 25 см; подвижная сиспема,подвешиваласьна нити.Для проведения температурных измерений контур помещался в цилиндрическую цепь с хорошей теплоизоляцией от внешней среды,и в ней создавался, перепад тем.пературы Т 1 - Т,. Печь с контуром помещалась в поле постоянного магнита с напряженностью 8 =2000 э, Верхний торец печи имел отверспие диаметром 5 мм, сквозь ко.торое был пропущен кварцевый стержень К концу кварцевого стержня была прикреплена измерительная стрелка, Угол поворота стрелки заранее градуировался в амперах, для чего через незамкнутый контур пропускался регулируемый по величи не ток, конпролируемый образцовым ампер.5 метром.Известно, что для рассматриваемогоматериала в твердой фазе при температуре 800 С коэффициент ТЭДС а=-100 мвС и удельная проводимость о= 800 оя -Х 10 Хсм - , удельная проводимость материала вжидкой фазе о, = 1000 оя -ся - .При градиенте температур ЬТ = Т 1 -- Т = 10 С и Т,=1000 С контур поворачивалея на угол, соответствующий току 5 1=0,2 А. Отсюда легко определяются величины ТЭДС (Еж) и коэффициента ТЭДС (а, ) материала в жидкой фазе.Действительно,20 Етв, Е. ЛТ аЛТ а.,РР РУ.где Л- сопротивление твердой фазы;Р, - сопропивление жидкой фазы,В результате получают; Е. - 1,18 мв ыа. - 118 мкв/С, что с хорошей точностьюсоответствует результатам непосредственных измерений. Сохраняя в условиях изме 30 ЬТ а,ренпй величину -- " и градуируя шкатвлу в единицах ТЭДС, можно легко определить величины Е. и а, исследуемого жидкого полупроводцика и снять .их температурные зависимости, Таким образом, измерение ТЭДС предлагаемым бесконтактнымспособом позволит проводить измерение вболее широком температурном диапазоне и40 в более стерильных условиях высокого вакуума пли инертной среды.Формула изобретения45 Способ 1 измерения термоэлектродвижущей силы жидких полупроводниковых материалов путем создания заданного градиента температур, отличающийся тем, что, с целью расширения температурного 50 диапазона измерений, замкнутый контур изучастков твердой и жидкой фаз исследуемого материала помещают в магнитное по ле и в качестве меры термоэлектродвижущей силы принимают угол поворота конту ра, а искомую величину определяют какразность полн)ой термоэлектродвижущей силы контура и известной термоэлектродви жущей силы материала в твердой фазе.б 0 Источники информации, принятые во , внимание при экспертизе: 1. Журнал технической физики, 1958, т 23, с. 783. 2. 5 Курнал Заводская лаборатория,б 5 1966, т, 32, Мо 1, с. 110 (прототип),