Способ измерения термоэлектродвижущей силы жидких полупроводниковых материалов

Способ измерения термоэлектродвижущей силы жидких полупроводниковых материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

<<> > няне

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

>769420

Соиз Советских

Социалистических

Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ay— (22) Заявлено 19.04.77 (21) 2476135/18-25

t (51) M K a з 6 01 N 27/14

G 01 N 27/72 с присоединением заяэки—

Государственный комитет

СС С P по делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (43) Опубликовано О?.10,80. Бюллетень «¹ 37 (45) Дата опубликования описания 28.10.80 (53) УДК 539.219.1 (088.8) (72) Автор изобретения

T. С. Золян (71) Заявитель Институт радиофизики и электроники AH Армянской ССР (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕРМОЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ

ЖИДКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано, в частности, при измерении термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) жидких полупроводниковых материалов.

Контактные способы измерения ТЭДС полупроводаикав в применении к жидким полупроводникам обычно оказываются неприемлемыми в силу хтзмической,агрессивности последних по отношению к измери тельным электродам, особенно при высоких 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 иеся с жидиим аолудроводником, помещают в защитные колпачии из пластины, молибдена, вольфрама, графита или других термостойких материалов 11).

Недостатками этого способа являются: необходимость подбора для каждого кончеретного случая материала защитного колпачка, не реагирующего с материалом жидкого полупроводника; искажение результа тов измерения, возникающее im-за ненадежности электрического и теплового контактов электродов и.термопар с защитными коллачками. 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 помещают в гермепизированную камеру с вакуумом или инертным газом 12)

Однако этот способ, несмотря на ряд значительных конструктивных усложнений, 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 ж1идкой фаз лисследуе,могут

25 материала ломещают в магнитное поле и в качестве меры термоэлектродвижу» щей силы принимают угол поворота контура, а искомую величину определяют как разность полной термоэлектродвижу® шей силы контура и известной термоэлек769420 тродвижущей силы контура и известной терм оэлектродвижущей силы матерллала в твердой фазе. Контейнер с содержащимся в нем исследуемым материалом герме тиз лруют огнеупорным материалом (например, нптридом бора), термостойкимп свойствами которого и определяется верхний предел температурного диапазона измерений. В зависимости от исследуемого материала в .герме11изированном 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 вЂ” Т, причем значен ия 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

Пример 1. Для предварительной проверки предлагаемого способа была изготовлена спаянная из тинной меди,и константана прямоугольная рамка с размерам)и 15Х5 см и сопротивление — 10 o,M.

Рамка насаживалась на ось и помещалась в постоянное магнитное поле напряженностью H =2000 э. При натреве спая до

300 С в рамке возникал ток порядка

1,5 А. При перепаде температуры уже в

° несколько градусов рамка поворачивалась.

Пример 2. Окончательная проверка проводилась на полупров)одниковом материале V.О;,— 5СиО, 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 ся, к которому прикреплялась упругая вольфрамовая нить диаметром 50 мкм и длиной

25 см; подвижная система, подвешивалась на нити.

Для проведения температурных измерений контур помещался в цилиндрическую цепь с хорошей теплоизоляцией от внеш ней среды,и в ней создавался, перепад температуры Т вЂ” Т . Печь с контуром помещалась в пол е постоянного магнита с напряженностью Н = 2000 э. Верхний торец печи имел отверстие 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, конпрол ируемый образцовым амперметром.

Известно, что для рассматриваемого материала в твердой фазе при температуре 800 С коэффициент ТЭДС сс„=-100 мв С и удельная проводимость а„= 800 ом — )( см —, удельная проводимость материала в жидкой фазе o, = 1000 ом — см — .

При градиенте температур ЬТ = Т вЂ” — Т = 10 С ы T>=1000 С контур поворачивалея на угол, соответствующий току

l6 1=0,2А. Отсюда легко определяются величины ТЭДС (Еж) и коэффициента ТЭДС (а ) материала в жидкой фазе.

Действительно, 20 Е,, Е.. Л Т. а„ . T. а.„, R,. R,, R„R„. где RÄ вЂ” сопротивление твердой фазы; — сопротивление жидкой фазы.

В результате получают: Е.„— 1,18 мв ы а..„— 118 мкв/ С, что с хорошей точностью соответствует результатам непосредствен ных измерений. Сохраняя в условиях измеЗо Т „ ренпй величину — — " и градуируя шка т в лу в единицах ТЭДС, можно легко определить величины Е ia а, исследуемого жид кого полупроводника и снять .их температурные зависимости. Таким образом, измерение ТЭДС предлагаемым бесконтактным способом позволит проводить измерение в более широком температурном диапазоне и

40 в более стерильных условиях высокого вакуума пли инертной среды.

Формула изобретения

45 Способ 1измерения термоэлектродвижу щей силы жидких полупроводниковых материалов путем создания заданного градиента температур, отличающийся тем, что, с целью расширения температурного

50 диапазона измерений, замкнутый контур из участков твердой и жидкой фаз исследуемого материала помещают в магнитное по ле и в качестве меры термоэлектродвижущей силы принимают угол поворота конту66 ра, а искомую в еличину определяют как разность полн)ой термоэлектродвижущей силы контура .и известной термоэлектродви жущей силы материала в твердой фазе.

60 Источники информации, принятые во . внимание при экспертизе:

1. Журнал технической физики, 1958, т 23, с. 783.

2. Журнал «Заводская лаборатория», 65 1966, т. 32, Мю 1, с. 110 (прототип).