Разработка интегральных полупроводниковых термочувствительных элементов для приборов неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов

• Автор: Королев, Андрей Павлович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 155 с.

Содержание

Введение
1 ОБЗОР И АНАЛИЗ ВОПРОСОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕРМОЗОНДОВ, СОДЕРЖАЩИХ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛ6ЕМЕНТЫ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1 Общая характеристика проблемы измерения теплофизических свойств материалов с использованием термозондов
1.2 Краткий обзор и анализ термочувствительных элементов (ТЧЭ), используемых в средствах контроля свойств материалов
1.3 Постановка задачи исследования влияния температуры на параметры ячейки полупроводникового интегрального ТЧЭ в термозондах
Выводы
2 ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ТЧЭ
2.1 Изменение концентрации основных носителей заряда
2.2 Образование объемного заряда
2.3 Температурная зависимость подвижности носителей с учетом полевого и размерного эффекта
Выводы

3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ В ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ ТЧЭ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ
3.1 Построение математической модели
3.2 Параметрическое исследование математической модели
3.2.1 Влияние физико-топологических параметров на выходную характеристику ТЧЭ
3.2.2 Влияние конструкторско-топологических параметров на выходную характеристику ТЧЭ
3.2.3 Связь электрических параметров ТЧЭ с выходной характеристикой
Выводы
4 МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЕЛЕМЕНТА
4.1 Общие вопросы реализации методики проектирования
4.2 Методика проектирования
4.2.1 Определение динамического диапазона измерений
4.2.2 Линейность выходной характеристики
4.2.3 Получение заданной чувствительности
4.2.4 Определение уровня выходного сигнала
4.3 Алгоритм проектирования
Выводы
5 РАЗРАБОТКА ТЕРМОЗОНДА ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ
5.1 Технология изготовления термочувствительного элемента
5.2 Исследование влияния технологических операций на метрологи-

ческие характеристики термочувствительного элемента
5.3 Разработка конструкций интегральных ТЧЭ и термозонда
5.4 Разработка микропроцессорной измерительной системы для НК ТФС материалов
5.5 Метрологический анализ разработанного ТЧЭ
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Компьютерные программы технологических расчетов
термочувствительного элемента
Приложение 2. Компьютерная программа математического моделирования физических процессов в полупроводниковой
структуре
Приложение 3. Микрофотографии топологических слоев разработанной структуры
Приложение 4. Акты о внедрении

турной зависимости выходного тока. Изменение концентрации примеси в подложке приводит к такому же результату.
На рис. 1.2.12 изображены температурные зависимости выходного тока для МДП-транзистора и проектируемой ячейки на одной координатной плоскости.
Рис.1.2.12 Температурные зависимости выходного тока ПИП и МДП-транзистора.
Рис. 1.2.12 хорошо демонстрирует отличие температурных характеристик проектируемой ячейки ПИП и обычного МДП-транзистора.
Чувствительность нашего преобразователя в среднем составляет т-
и уменьшается с ростом температуры. В интервале температур 380-900К чувствительность изменяется незначительно по сравнению с изменениями в низкотемпературном диапазоне. Уменьшение чувствительности при высоких температурах объясняется насыщением полупроводниковой подложки свободными носителями заряда.