Способ измерения теплоемкости материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 19) 8 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ 25 мый материал наносят ную подложку с токопр ретом гребенчатого ко нагревание исследуемо производят модулирова радиационного излучен зависимость величины го сигнала конденсато модуляции, по которой тепловую постоянную в зователя, а теплоемко рассчитывают по форму л. В 47 государс ный З.З. Балог,СагардаВ ание т еществ Исследоввойствическойо ИВТАИ а те калорим 1982, етельство СССР 1 Н 25/20, 198 ент поглощения и где ЕПЛО(54)(57) СПОСКОСТИ МАТЕРИАЛнагреве иссле а; мого мат льц е а а а емента; ей среактивногоура окружа и ым с цельюренийнок чающииуменьшения п времен тояннеля. я п зов при исследовадиэлектрическ исследуе ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Качан Д.Н.модинамических сметодами адиабатрии. - М,: Изд-вс. 6-79,Авторское свидВ 930087, кл, С 0 Б ИЗМЕРЕНИЯ ТОВ, заключающиуемого материучением, о тя тем, что,решности измии тонких плих материалов- коэффи следуе- постоя мана;- площад- темпер ды- теплов0 178 А на изоляциоводящим траф -нденсатора,го материалаиным потокомия, снимаютэлектрическора от частотыопределяютремени преобраИзобретение относится к исследо- .ваниям теплофизических свойств веществ и предназначено для измерения теплоемкости преимущественнотонкопленочных диэлектрических материалов,Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения теплоемкости при исследовании тонких пле,нок диэлектрических материаловНа фиг, 1 схематически изображенвариант конструкции емкостного преобразователя, реализующего данныйспособ исследования теплоемкости;на фиг. 2 - частотная характеристика емкостного преобразователя, покоторой определяется тепловая постоянная.На теплоизоляционную подложку 1нанесен токопроводящий слой 2, конфигурация которого представляетгребенчатый конденсатор. Внутренняяпо периметру часть конденсаторазаполнена слоем 3 исследуемого материала, служащим активным элементом преобразователя.Геометрические параметры изготовляемых гребенчатых конденсаторов,определяющие начальную емкость,.за- .даются, в основном, диэлектрическими свойствами и толщиной исследуемого материала и частично измерительной схемой включения конденсатора.Чувствительность измерительной схемы,. мощность и спектральный составтеплового излучения, которым облучается преобразователь, выбирают экспериментально из условия надежнойрегистрации выходного электрического сигнала в зависимости от частотымодуляции теплового потока.1При радиационном облучении лучистая энергия дИ поглощается непосредственно исследуемым материалом итемпература его повьппается на дТ,что приводит к изменению диэлектрической проницаемости дЕ и емкостиконденсатора ДС в целом - на выходеизмерительной схемы, в которую включен емкостный преобразователь, получают изменение выходного напряженияДУ, т.е. преобразования лучистойэнергии в электрический аитнал происходит в последовательностидИ. дТ -дЕ - д СдН, что позволяет выразить коэффициент преобразования (вольт-ваттную чувствительность) в общем видедО дС дЯ, дТдС дЕ д д (1)дБ дСВ формуле (1) множитель - определяет чувствительность измерительной схемы включения конденсатора, дС- ,зависит от конкретной конструк- дЕции измерительного конденсатора и в условиях опыта остается постоянным.дЯМножитель определяет темперадТтурную зависимость диэлектрической проницаемости исследуемого материад 0 дС дЯ ла. Учитывая, что - , - и -ьС дЯ дТ являются постоянными величинами дляконкретной конструкции измеритель 20 ного конденсатора, выражение (1)сводится к виду(4) Так как при ы =0 Я= у К=Я ,уравнение (4) может быть представлено в видео5 и= ., (5)(1 гг) г 50 В режиме радиационного теплооб" мена активного элемента приемника с окружающей средой тепловое сопротивление равно Т 3 ( ) 25 Известно, что температурная чувствительность приемника может бытьописана выражениемдТ Рд я + гг 2 ц 2И) ЗОгде ы - циклическая частота модуля-.ции лучистого потока;- тепловая постоянная времениприемника;К - тепловое сопротивление,зависящее от вида теплообмена приемника с окружающейсредой.С учетом формулы (3) формула (2) 40 для определения чувствительности емкостного преобразования принимаетвид3 1200178 4 где Г - коэффициент поглощения ис" в зависимости от частоты модуляцииследуемого материала; облучения и по полученным экспери 6 - постоянная Стефана-Больцмана; ментальным данным строя 1 частотнуюА - площадь активного элемента характеристику. Тепловую постоянприемника; ную времени определяют по формулеТ - температура окружающей среды,Отсюда теплоемкость активного элеъ, - г У2 Н 1 мента может быть определена из вы- ражения где Й - частота модуляции, соответ ствующая 0,707 от максимального уровня выходного сигнала (фиг. 2).По формуле (7) рассчитываетсятеплоемкость исследуемого материала.15 Фд Тзг0,7 У 7 Р Составитель В, Зайченкоколайчук Техред И.Асталош Корр М Самборск Редакт аказ 7859/49 ВТираж 89 б ИИПИ Государственног по делам изобретений 5, Москва, Ж, Рауш ое Поомитета СССРоткрытий 4 кая на Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Таким образом, измерение тепло- емкости тонких пленок диэлектрических материалов по данному способу производится в следующей последовательности. На трафарет гребенчатого конденсатора через шаблон с известной площадью наносят слой исследуемого материала, получая емкост ный преобразователь лучистой энергии, в котором активным элементом (непосредственно участвующим в теплообмене) является нанесенный слой. Емкостный преобразователь по мещают в криостат и подключают к измерительному прибору. В режиме радиационного теплообмена активного элемента с окружающей средой измеряют выходной электрический сигнал зО Использование предлагаемого способа в сравнении с известными обеспечивает уменьшение погрешности измерения теплоемкости тонкопленочных материалов, поскольку отпадает необходимость абсолютного измерения мощности лучистого потока и малы изменения температуры тонкой пленки, а также позволяет проводить измерение температурной зависимости теплоемкости исследуемых материалов и определять теплоемкость тонкопленочных защитных покрытий, полученных в едином технологическом цикле с микросхемами.