Чутливий елемент сенсора механічних величин для температури рідкого гелію

5217 На Фіг.1 і 2 наведено залежності відносної зміни опору від деформації при температурі рідкого гелію чутливих елементів на основі ниткоподібних кристалів кремнію р-типу з рзоок - 0,010 Ом хсм та Рзоок = 0,013 Ом х см відповідно; на Фіг.З і 4 наведено температурні залежності коефіцієнта тензочутливості цих ж чутливих елементів на основі ниткоподібних кристалів кремнію р-типу в діапазоні температур 4,2-300 К, де: 1 - при деформації розтягу, 2 - при деформації стиску. Чутливий елемент сенсора механічних величин для температури рідкого гелію містить ниткоподібний кристал кремнію р-типу з орієнтацією [111], легований бором до концентрації, що відповідає фазовому переходу метал-діелектрик в кремнії р-типу як з металевої, так і з діелектричної сторони з питомим опором при кімнатній температурі 0,010-0,013 Ом х см . Величина коефіцієнта тензочутливості чутливого елемента сенсора механічних величин на основі ниткоподібного кристала кремнію р-типу з орієнтацією [111], легованого бором, з питомим опором рзоок =0,010 Ом хсм (з металевої сторони переходу метал-діелектрик) при 4,2 К становить К 4 2 к « 9 0 0 при деформації розтягу є = +1хЮ~ 3 відн. од. і К 4 2 к * - 3 0 0 при деформації стиску 4 чутливого елемента на основі ниткоподібного кристалу кремнію р-типу з орієнтацією [111], легованого бором, з питомим опором Рзоок = 0,005 Ом х см. Величина коефіцієнта тензочутливості чутливого елемента сенсора механічних величин на основі ниткоподібного кристалу кремнію р-типу з орієнтацією [111], легованого бором, з питомим опором рзоок-0,013 Ом хсм (з діелектричної сторони переходу метал-діелектрик) при 4,2 К станоП вить К4>2к ^ 6 4 ° 0 Р И деформації розтягу є = +1х1СГ3 відн. од. і К 4 2 к ^ - 1 0 0 0 0 при деформації стиску є = +1х10~3 відн. од. (Фіг.2, 4), що в 45-70 разів вищий, ніж коефіцієнт тензочутливості при 4,2 К чутливого елемента з питомим опором Рзоок - 0,005 Ом х см. Таким чином, використання для виготовлення чутливого елемента сенсора механічних величин ниткоподібних кристалів кремнію р-типу з орієнтацією [111] з концентрацією бору, що відповідає переходу метал-діелектрик як з металевої, так і з діелектричної сторони, з питомим опором Рзоок =0,010-0,013 Ом хсм дає можливість значно збільшити тензочутливість при температурі рідкого гелію. є = +1х10~3 відн. од. (Фіг.1, 3), що в кілька разів більше, ніж коефіцієнт тензочутливості при 4,2 К 1ООО З 6 є, 10*4 відн. од. S Фіг. 1 Фіг.З 6000 її 3000 so 100 150 200 250 Т, К -3000-6000-9000 2 К, 10"" ВІДН. ОД Фіг. 4 Фіг.2 Комп'ютерна верстка Н. Лисенко Підписне Тираж 37 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ-42, 01601 ЗОС УКРАЇНА UA (11)5217 (із) U (51)7 G01B7/16, G01L9/04, G01L9/06 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ видається під відповідальність власника патенту (54) ЧУТЛИВИЙ ЕЛЕМЕНТ СЕНСОРА МЕХАНІЧНИХ ВЕЛИЧИН ДЛЯ ТЕМПЕРАТУРИ РІДКОГО ГЕЛІЮ 1 (21)20040806533 (22) 04 08 2004 (24)15 02 2005 (46) 15 02 2005, Бюл № 2, 2005 р (72) Дружинін Анатолій Олександрович, Мар'ямова Інна Йосифівна, Кутраков Олексій Петрович, Павловський Ігор Володимирович (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА" (57) Чутливий елемент сенсора механічних величин для температури рідкого гелію, який містить ниткоподібний кристал кремнію р-типу з орієнтацією [111], легований бором, який відрізняється тим, що концентрація бору в ниткоподібному кристалі кремнію р-типу відповідає фазовому переходу метал-діелектрик в кремнії р-типу як з металевої, так і з діелектричної сторони з питомим опором при кімнатній температурі 0,010-0,01 ЗОмхсм Корисна модель відноситься до напівпровідникових сенсорів фізичних величин і може використовуватись в кріогенній, КОСМІЧНІЙ техніці та крюенергетиці ВІДОМІ тензорезистори ЗСПЭ з чутливим елементом з металевого сплаву еваном, придатні для роботи при кріогенних температурах, зокрема при температурі рідкого гелію 4,2К [Н П Клокова Тензорезисторы - М Машиностроение -1990, с 205 ] Тензочутливість цих тензорезисторів при температурі рідкого гелію дуже низька коефіцієнт тензочутливості дорівнює 1,8 Найбільш близьким до пропонованого є чутливий елемент сенсора механічних величин для температури рідкого гелію, який містить ниткоподібний кристал кремнію р-типу з орієнтацією [111], легований бором [И И Марьямова, Е Н Каретникова, Ю С Яцюк, А А Демидова Сенсоры на основе нитевидных кристаллов кремния для криогенных температур // Приборы и системы управления, -1989 - №1, с 27] Однак,такі чутливі елементи на основі ниткоподібних кристалів кремнію р-типу, легованих бором, з питомим опором при кімнатній температурі 0,005Омхсм мають порівняно невисокий коефіцієнт тензочутливості при температурі рідкого гелію, який дорівнює К 4 2к =140 при деформації розтягу чних величин для температури рідкого гелію, в якому нова концентрація бору дозволила б підвищити тензочутливість при температурі рідкого гелію Поставлене завдання досягається тим, що чутливий елемент сенсора механічних величин для температури рідкого гелію, який містить ниткоподібний кристал кремнію р-типу з орієнтацією [111], легований бором, згідно корисної моделі, має концентрацію бору, що відповідає фазовому переходу метал-діелектрик (ПМД) в кремнії р-типу як з металевої, так і з діелектричної сторони переходу, з питомим опором при кімнатній температурі 0,010-0,01 ЗОмхсм є = +1,2х10~3 відн о д , що не дає можливості створити на їх основі чутливі сенсори механічних величин для роботи при температурі рідкого гелію В основу корисної моделі поставлене завдання створення чутливого елемента сенсора механі Питомий опір Рзоок = 0.010-0,0110м х см відповідає близькості кремнію р-типу до ПМД з металевої сторони, а Рзоок =0,01 ЗОмхсм - близькості до ПМД з діелектричної сторони Високі значення коефіцієнта тензочутливості ниткоподібних кристалів кремнію р-типу з орієнтацією [111] з концентрацією бору поблизу фазового переходу метал-діелектрик з питомим опором Рзоок =0.010 -0,0110м хсм досягаються за рахунок особливостей переносу носив заряду в кремнії з такою концентрацією бору при температурі рідкого гелію В цьому випадку домішкова провідність в кремнії стає стрибковою, і механізм ди деформації на стрибкову провідність кремнію зовсім інший, ніж для легованого бором кремнію з питомим опором рзоок-0,005 Ом хсм як в прототипі, в якому спостерігається класичний тензорезистивний ефект при температурі рідкого гелію CM ю УКРАЇНА UA (11)5217 (із» U (51)7 G01B7/16, G01L9/04, G01L9/06 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ видається під відповідальність власника патенту (54) ЧУТЛИВИЙ ЕЛЕМЕНТ СЕНСОРА МЕХАНІЧНИХ ВЕЛИЧИН ДЛЯ ТЕМПЕРАТУРИ РІДКОГО ГЕЛІЮ 1 (21)20040806533 (22) 04.08.2004 (24) 15.02.2005 (46) 15.02.2005, Бюл. № 2, 2005 р. (72) Дружинін Анатолій Олександрович, Мар'ямова Інна Йосифівна, Кутраков Олексій Петрович, Павловський Ігор Володимирович (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА" (57) Чутливий елемент сенсора механічних величин для температури рідкого гелію, який містить ниткоподібний кристал кремнію р-типу з орієнтацією [111], легований бором, який відрізняється тим, що концентрація бору в ниткоподібному кристалі кремнію р-типу відповідає фазовому переходу метал-діелектрик в кремнії р-типу як з металевої', так і з діелектричної сторони з питомим опором при кімнатній температурі 0,010-0,ОІЗОмхсм Корисна модель відноситься до напівпровідникових сенсорів фізичних величин і може використовуватись в кріогенній, космічній техніці та кріоенергетиці. Відомі тензорезистори ЗСПЭ з чутливим елементом з металевого сплаву еваном, придатні для роботи при кріогенних температурах, зокрема при температурі рідкого гелію 4,2К [Н.П. Клокова. Тензорезисторы. - М.: Машиностроение. -1990, с.205.] Тензочутливість цих тензо резистор їв при температурі рідкого гелію дуже низька: коефіцієнт тензочутливості дорівнює 1,8 Найбільш близьким до пропонованого є чутливий елемент сенсора механічних величин для температури рідкого гелію, який містить ниткоподібний кристал кремнію р-типу з орієнтацією [111J, легований бором [И И Марьямова, Е.Н Каретникова, Ю.С. Яцюк, А.А. Демидова. Сенсоры на основе нитевидных кристаллов кремния для криогенных температур. // Приборы и системы управления, -1989. - №1, с.27]. Однак, такі чутливі елементи на основі ниткоподібних кристалів кремнію р-типу, легованих бором, з питомим опором при кімнатній температурі 0,005Омхсм мають порівняно невисокий коефіцієнт тензочутливості при температурі рідкого гелію, який дорівнює К 4 ( 2к=140 при деформації розтягу чних величин для температури рідкого гелію, в якому нова концентрація бору дозволила б підвищити тензочутливість при температурі рідкого гелію. Поставлене завдання досягається тим, що чутливий елемент сенсора механічних величин для температури рідкого гелію, який містить ниткоподібний кристал кремнію р-типу з орієнтацією [111], легований бором, згідно корисної моделі, має концентрацію бору, що відповідає фазовому переходу метал-діелектрик (ПМД) в кремнії р-типу як з металевої, так і з діелектричної сторони переходу, з питомим опором при кімнатній температурі 0,010-0,013Омхсм. є = +1,2хЮ"3 вщн. од., що не дає можливості створити на їх основі чутливі сенсори механічних величин для роботи при температурі рідкого гелію. В основу корисної моделі поставлене завдання створення чутливого елемента сенсора механі Питомий опір рзоок =0,010-0,011Омхсм відповідає близькості кремнію р-типу до ПМД з металевої'сторони, а рзоок =0,013Омхсм -близькості до ПМД з діелектричної сторони. Високі значення коефіцієнта тензочутливості ниткоподібних кристалів кремнію р-типу з орієнтацією [111] з концентрацією бору поблизу фазового переходу метал-діелектрик з питомим опором Рзоок =0,010-0,011Омхсм досягаються за рахунок особливостей переносу носіїв заряду в кремнії з такою концентрацією бору при температурі рідкого гелію. В цьому випадку домішкова провідність в кремнії стає стрибковою, і механізм дії деформації' на стрибкову провідність кремнію зовсім інший, ніж для легованого бором кремнію з питомим опором рзоок =0,005 Ом х см як в прототипі, в якому спостерігається класичний тензорезистивний ефект при температурі рідкого гелію CM ю 5217 На Фіг.1 і 2 наведено залежності відносної зміни опору від деформації при температурі рідкого гелію чутливих елементів на основі ниткоподібних кристалів кремнію р-типу з рзоок = 0,010 Омхсм та Рзоок = 0,013 Ом х см відповідно; на Фіг.З і 4 наведено температурні залежності коефіцієнта тензочутливості цих ж чутливих елементів на основі ниткоподібних кристалів кремнію р-типу в діапазоні температур 4,2-300 К, де: 1 - при деформації розтягу, 2 - при деформації стиску. Чутливий елемент сенсора механічних величин для температури рідкого гелію містить ниткоподібний кристал кремнію р-типу з орієнтацією [111], легований бором до концентрації, що відповідає фазовому переходу метал-діелектрик в кремнії р-типу як з металевої, так і з діелектричної сторони з питомим опором при кімнатній температурі 0,010-0,013Омхсм . Величина коефіцієнта тензочутливості чутливого елемента сенсора механічних величин на основі ниткоподібного кристала кремнію р-типу з орієнтацією [111], легованого бором, з питомим опором рзоок-0,010Омхсм (з металевої сторони переходу метал-діелектрик) при 4,2 К становить К^к^ЭОО при деформації розтягу є = +1x10" 3 відн. од. і К 4 ,2к к -300 при деформації стиску 4 чутливого елемента на основі ниткоподібного кристалу кремнію р-типу з орієнтацією [111], легованого бором, з питомим опором Рзоок = 0,005 Ом х см. Величина коефіцієнта тензочутливості чутливого елемента сенсора механічних величин на основі ниткоподібного кристалу кремнію р-типу з орієнтацією [111], легованого бором, з питомим опором Рзоок =0,013Омхсм (з діелектричної сторони переходу метал-діелектрик) при 4,2 К становить К 4 2 К > 6400 при деформації розтягу є = +1x10" 3 відн. од. і К4р2к S:-10000 при деформації стиску є = +1х10~3 відн. од. (Фіг.2, 4), що в 45-70 разів вищий, ніж коефіцієнт тензочутливості при 4,2 К чутливого елемента з питомим опором Рзоок = 0,005 Ом х см. Таким чином, використання для виготовлення чутливого елемента сенсора механічних величин ниткоподібних кристалів кремнію р-типу з орієнтацією [111] з концентрацією бору, що відповідає переходу метал-діелектрик як з металевої, так і з діелектричної сторони, з питомим опором Рзоок =0,010-0,013Омхсм дає можливість значно збільшити тензочутливість при температурі рідкого гелію. с = +1х10~3 відн. од (Фіг 1, 3), що в кілька разів більше, ніж коефіцієнт тензочутливості при 4,2 К 1ООО 3 6 є, Ю"4 відн. од. 9 Фіг.1 Фіг.З 1000-1 6000 1 / 600 11 3000 /^50 4002000 о 100 150 200 250 т, к -3000-6000III" 3 Є 9 к, Ю" відн од -9000 12 2 4 Фіг. 4 Фіг.2 Комп'ютерна верстка Н. Лисенко Підписне Тираж 37 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601 зс о