LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Фізичні засади розроблення термометричних елементів на основі інтерметалічних напівпровідників

Національний університет “Львівська політехніка”





РОМАКА ВОЛОДИМИР АФАНАСІЙОВИЧ



УДК 537.311.322



ФІЗИЧНІ ЗАСАДИ РОЗРОБЛЕННЯ ТЕРМОМЕТРИЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ОСНОВІ ІНТЕРМЕТАЛІЧНИХ НАПІВПРОВІДНИКІВ




05.11.04 – прилади та методи вимірювання теплових величин







Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук












Львів – 2008




Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному університеті “Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України та Інституті прикладних проблем механіки і математики ім. Я.С. Підстригача Національної академії наук України (м. Львів)


Науковий консультант -

доктор технічних наук, професор,

заслужений винахідник України

Стадник Богдан Іванович, завідувач кафедри інформаційно-вимірювальних технологій Національного університету “Львівська політехника” (м. Львів, Україна)


Офіційні опоненти -


доктор технічних наук, професор,

член-кореспондент Російської академії наук

Федик Іван Іванович, генеральний директор НДІ НВО “Луч”(м. Подольск Московської обл., Росія)



доктор фізико-математичних наук, професор

Прохоренко Віктор Якович, професор кафедри інженерного матеріалознавства та прикладної фізики Національного університету “Львівська політехніка” (м. Львів, Україна)



доктор технічних наук, професор

Назаренко Леонід Андрійович, завідувач кафедри світлотехніки та джерел світла Харківської національної академії міського господарства (м. Харків, Україна)


Захист відбудеться 26 вересня 2008 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.08 у Національному університеті "Львівська політехніка" (79013, Львів-13, вул. С. Бандери, 12, ауд. 226 головного корпусу).


З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету "Львівська політехніка" (79013, Львів, вул. Професорська, 1).

Автореферат розісланий 11 серпня 2008 р.


Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, д.т.н., професор Луцик Я.Т.


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми.

Сучасний рівень розвитку науки є основою для створення та освоєння принципово нових інформаційно-вимірювальних технологій, засобів і систем, що є пріоритетними напрямками фундаментальних та прикладних досліджень. Пошук нових методів та засобів вимірювання температури полягає, зокрема, у впровадженні нових високоефективних термометричних матеріалів, які можуть бути використані як термоелектричні та терморезистивні чутливі елементи засобів вимірювання температури.

Електроопір та термо-ЕРС – одні з найчутливіших кінетичних параметрів термометричних матеріалів, залежність зміни яких від температури використовується для її вимірювання. У свою чергу, електроопір та термо-ЕРС залежать від низки чинників: структурних дефектів, домішок, агрегатного стану тощо і у процесі вимірювання теж можуть зазнавати певних змін. Усунення і мінімізація неконтрольованої зміни термометричних характеристик матеріалів можливі при запровадженні фізичних принципів оптимізації їх характеристик, а також досягнень фізики сильнолегованих напівпровідників, інформаційно-вимірювальних технологій, кристалохімії тощо.

Термометричні матеріали, що використовуються як термочутливі елементи засобів вимірювання температури, повинні задовольняти низку вимог, котрі часто є суперечливими, однак, найбільш важливими є вимоги однозначної залежності, стабільності та високої чутливості, що забезпечується великими змінами значень термо-ЕРС (Е) (термоелектричні термометри) чи питомого опору () (електрорезистивні термометри). Крім того, на сьогодні є важливим створення термоелектричних генераторів електричного струму головною вимогою для яких є високі значення термоелектричної добротності (Z).

Оптимізація термометричних матеріалів для їх використання у засобах вимірювання температури полягає, зокрема, в одночасній зміні концентрації носіїв електричного струму, їх рухливості, механізмів розсіювання, інтервалу температур, вибору кристалографічної орієнтації тощо, що призведе до збільшення значень термо-ЕРС чи питомого електроопору при збереженні їх однозначної залежності. Для отримання високих значень Z необхідно також зменшити теплопровідність матеріалу.

Напівпровідникові матеріали, в основному, використовуються як чутливі елементи термометрів опору, до переваг яких відносять, зокрема, малі розміри чутливого елементу, високу чутливість, незначний вплив з’єднувальних провідників на результат вимірювання. Головними недоліками напівпровідникових елементів є складність стандартизації характеристик, низька верхня межа температури, що вимірюється, та нелінійна залежність питомого електроопору.

Маючи високе значення термо-ЕРС, напівпровідникові матеріали практично не використовуються як чутливі елементи термоелектричних термометрів через технологічну неможливість отримати термоелектродний дріт для утворення злюту.

Інтерметалічні напівпровідники, зокрема, p-TiCoSb, n-ZrNiSn та n-TiNiSn, сильнолеговані акцепторними, донорними чи нейтральними домішками (NA, ND 1019 1021 см-3), вигідно відрізняються від відомих термометричних матеріалів, , зокрема, і напівпровідникових. Утворення твердих розчинів заміщення дозволяє плавно змінювати концентрацію носіїв електричного струму, що, у свою чергу, дає можливість керувати положенням рівня Фермі, плавно та цілеспрямовано змінювати значення питомого електроопору та коефіцієнту термо-ЕРС. Інтерметалічні напівпровідники відрізняються від традиційних також простотою, технологічністю та економічністю синтезу, не містять токсичних, радіоактивних та забруднюючих компонентів (Te, Se, Sr, Tl, Pb, Ge, As), отримання та утилізація яких не пов’язана із забрудненням довкілля, а також високою стабільністю характеристик, жаростійкістю, стійкістю до стрімких змін температур у діапазоні 4,2 1000 К. Оскільки інтерметалічний напівпровідник – хімічна сполука із трьох розповсюджених і недорогих металів, то це створює передумови для промислового отримання термоелектродного дроту з інтерметалічних напівпровідників для термоелектродів та утворення злюту, наприклад, з міддю, платиною, а отже і використання інтерметалічних напівпровідників у термоелектричних термометрах.

Системне дослідження інтерметалічних напівпровідників започаткував проф. Сколоздра Р.В. (ЛНУ ім. І. Франка), який вперше передбачив можливість використання даних напівпровідників як термоелектричних матеріалів. Впродовж останніх 10-12 років інтерметалічні напівпровідники інтенсивно досліджуються у США, Японії, Кореї, Канаді, Китаї, Франції.

З огляду на наведене вище, дослідження фізичних засад розроблення термометричних елементів на основі інтерметалічних напівпровідників є безумовно актуальним і доцільним як в суто теоретичному аспекті для розуміння природи фізичних процесів у термометричних матеріалах, так і в практичному аспекті, що дає змогу отримати і використати екологічно чисті термометричні матеріали з високими і стабільними значеннями термо-ЕРС чи питомого опору та можливістю їх прогнозованої зміни для термочутливих елементів засобів вимірювання температури. Науковий доробок дисертанта свідчить про пріоритетність вітчизняних досліджень фізичних процесів у термометричних матеріалах на основі інтерметалічних напівпровідників для їх використання як чутливих елементів електрорезистивних та термоелектричних термометрів.

Зв’язок теми дисертації з напрямками науково-дослідних робіт,