Датчик теплового випромінювання

Реферат: Датчик теплового випромінювання містить термопари, з'єднані послідовно, гарячі кінці яких розташовані на шарі пористого кремнію, а холодні - на монокристалічній кремнієвій підкладці, що розділені шарами діелектриків SiO2 та Si3N4. Термопари виконані на основі контакту епітаксійного шару кремнію р-типу провідності з шаром платини. UA 107892 U (54) ДАТЧИК ТЕПЛОВОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ UA 107892 U UA 107892 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області мікроелектроніки та оптоелектроніки, а саме до конструкції датчика теплового потоку, і може використовуватись для вимірювання як температури, так і величини теплового потоку, а також розподілу цих параметрів по малих площах і об'ємах. Відомий датчик теплового випромінювання, який містить термопари Al-Si, виконаний на основі шару кремнію, вирощеного на діелектричному монокристалічному шарі CaF2, які є повітряної мембраною. Через використання діелектричного шару знижується теплопровідність і за рахунок використання фториду кальцію як "стоп-шару" при травленні підвищується однорідність кремнієвої плівки. Однак, недоліком даного датчика є низька механічна міцність, оскільки шар кремнію на шарі CaF2 є повітряною мембраною, що не дозволяє використовувати мембрани великої площі для виготовлення великої кількості послідовно з'єднаних термопар, що знижує величину корисного сигналу і, як наслідок, обмежує область застосування датчика [А.А. Величко, В.А. Илюшин, Н.И. Филимонова. Датчик теплового потока. Патент РФ на изобретение № 2242728 от 20.12.2004 за заявкой 108062 от 08.01.2003, бюл. № 35 от 20.12.2004]. Найбільш близьким за технічною суттю до заявленого пристрою є датчик теплового випромінювання, який містить термопари Al-Si, з'єднані послідовно, гарячі кінці яких розташовані на шарі пористого кремнію, а холодні - на монокристалічній кремнієвій підкладці, розділені шарами діелектриків SiO2 та Si3N4 [А.А. Величко, Б.Б. Кольцов. Датчик теплового излучения. Патент РФ на полезную модель № 121928 от 10.11.2012 за заявкой 118469 от 20.02.12, бюл. № 31 от 10.11.2012]. Однак даний датчик теплового випромінювання має невисоку чутливість та обмежені діапазон робочих температур і сферу застосування. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення чутливості, що дозволить розширити температурний діапазон, а також сферу застосування датчика теплового випромінювання. Поставлена задача вирішується тим, що датчик теплового випромінювання, який містить термопари, з'єднані послідовно, гарячі кінці яких розташовані на шарі пористого кремнію, а холодні - на монокристалічній кремнієвій підкладці, що розділені шарами діелектриків SiO2 та Si3N4, згідно з корисною моделлю, термопари виконані на основі контакту епітаксійного шару кремнію р-типу провідності з шаром платини. Виконання термопари на основі контакту епітаксійного шару кремнію р-типу провідності з платиною дозволяє підвищити значення термо-ЕРС за рахунок вищих значень коефіцієнтів Зеєбека кремнію і платини, що дає можливість збільшити чутливість та розширити діапазон робочих температур і сферу застосування датчика теплового випромінювання. На кресленні приведено поперечний переріз конструкції датчика теплового випромінювання, де: 1 - монокристалічна кремнієва підкладка; 2 - шар пористого кремнію; 3, 6 - шари SiO2; 4 шар Si3N4; 5 - епітаксійний шар кремнію р-типу провідності; 7 - шар платини. Пропонований датчик теплового випромінювання містить розташовані послідовно один на одному, монокристалічну кремнієву підкладку КДБ-0,006-1, шар пористого кремнію - 2, шар SiO2 товщиною 200 нм - 3, шар Si3N4 товщиною 150 нм - 4, шар SiO2 товщиною 100 нм - 6, в якому за допомогою фотолітографії та травлення створено комірки для утворення контакту епітаксійного шару кремнію р-типу провідності товщиною 600 нм - 5 із шаром платини товщиною 1 мкм - 7. Датчик теплового випромінювання працює таким чином. Області 1 і 2 є несучими елементами конструкції з різним рівнем теплопровідності, області 3, 4 і 6 є допоміжними шарами, що залишилися після виготовлення. Основними функціональними областями конструкції термопар є епітаксійний шар кремнію р-типу провідності 5 і шар платини 7. Теплове випромінювання потрапляє на область гарячого спаю термопари Pt-Si, що знаходиться над шаром пористого кремнію 2, який має низьку теплопровідність. Холодні кінці термопари Pt-Si знаходяться на поверхні монокристалічного кремнію 1 з високою теплопровідністю, який має хороший тепловий контакт із термостабілізованим корпусом датчика. При конструюванні термопар, природно, прагнуть поєднувати термоелектроди, один з яких розвиває з платиною позитивну, а інший - негативну термо-ЕРС. При цьому необхідно враховувати також придатність того чи іншого термоелектрода для застосування в заданих умовах вимірювання (вплив на термоелектрод середовища, температури тощо). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 Датчик теплового випромінювання, який містить термопари, з'єднані послідовно, гарячі кінці яких розташовані на шарі пористого кремнію, а холодні - на монокристалічній кремнієвій 1 UA 107892 U підкладці, що розділені шарами діелектриків SiO2 та Si3N4, який відрізняється тим, що термопари виконані на основі контакту епітаксійного шару кремнію р-типу провідності з шаром платини. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2