《热电传感器件用bitesb热电薄膜材料,40400.5mm(共2篇)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热电传感器件用bitesb热电薄膜材料,40400.5mm(共2篇)（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划热电传感器件用bitesb热电薄膜材料,40400.5mm(共2篇)霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达55
2、150。按照霍尔器件的功能可将它们分为:霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。2霍尔效应和霍尔器件霍尔效应霍尔效应是一种磁电效应，是德国物理学家霍尔1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。霍尔效应原理如下：霍尔效应发生在霍尔元
3、件上。霍尔元件是利用特选的金属或半导体薄片制成的磁敏元件，如图1所示。若在图1所示的金属或半导体薄片两端通以电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势UH。这种现象成为霍尔效应。霍尔效应的产生是由于运动电荷受到磁场中洛伦兹力作用的结果。霍尔电势UH可用下式表示：UH?RSIBd(V)式中RS霍尔常数I控制电流B磁感应强度d霍尔元件的厚度令KH?RSd则得到UH?KHIB从我们可以看出：1，霍尔电势UH是正比于电流和磁感应强度的积；2，在式中，KH,I都是不再变化的常数。因此，霍尔电势UH是正比于磁感应强度的。由于硅材料是一种优秀的半导体材料
4、。它的电阻率较高，因此能用它做成霍尔片，产生霍尔效应而能得到霍尔电压。有了在硅材料上获得的霍尔电压，给我们后面的工作带来极大的方便。因为下一步，就可以将各种线性和数字电路和硅霍尔片集成电路在同一块硅片上。就做成了性能千差万别的各种线性霍尔电路和数字霍尔电路。霍尔器件霍尔器件分为:霍尔元件和霍尔集成电路两大类，前者是一个简单的霍尔片，使用时常常需要将获得的霍尔电压进行放大。后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在同一个芯片上。霍尔元件霍尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多层半导体异质结构量子材料等等。InSb和GaAs霍尔元件输出特性见图1(a)
5、、图1(b).InSb霍尔元件的输出特性(b)GaAs霍尔元件的输出特性图1霍尔元件的结构和输出特性这些霍尔元件大量用于直流无刷电机和测磁仪表。霍尔电路霍尔线性电路它由霍尔元件、差分放大器和射极跟随器组成。其输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度B成比例，它的功能框图和输出特性示于图2和图3。这类电路有很高的灵敏度和优良的线性度，适用于各种磁场检测。霍尔线性电路的性能参数见表3。图2霍尔线性电路的功能框图图3霍尔线性电路AH3503特性曲线表3线性霍尔电路的特性参数霍尔开关电路霍尔开关电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成。在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导
6、通阈值BOP时，霍尔电路输出管导通，输出低电平。之后，B再增加，仍保持导通态。若外加磁场的B值降低到BRP时，输出管截止，输出高电平。我们称BOP为工作点，BRP为释放点，BOP?BRP?BH称为回差。回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。霍尔开关电路的功能框见图4。图4(a)表示集电极开路(OC)输出，(b)表示双输出。它们的输出特性见图5，图5(a)表示普通霍尔开关，(b)表示锁定型霍尔开关的输出特性。薄膜热电偶温度传感器综述摘要:随着低维材料技术的发展和对测温要求的提高，薄膜热电偶温度传感器应运而生，其快速响应特性为测量瞬变温度提供了可能。着重介绍了薄膜临界厚度的确定、扩散现象的影响、制
7、备工艺、静态标定方法、动态参数测定等关键技术，并对其未来发展做出了展望。关键词:薄膜热电偶;赛贝克效应;尺寸效应;扩散;动态标定引言：在科学技术飞速发展的今天，各种材料低维化已经成为了材料科学发展的重要趋势之一，大量不同功能的薄膜材料已经在工业生产中得到了越来越多的应用，而薄膜热电偶温度传感器正是随着薄膜材料技术发展而出现的新型传感器。与普通体块型热电偶相比，薄膜热电偶具有典型的二维特性，其热结点厚度为微纳米量级，因此，具有热容量小、响应迅速等1优点，能够准确测量瞬态温度变化。目前，国内关于薄膜热电偶温度传感器的研究工作主要集中在制备工艺的研究和传感器的标定上面。随着薄膜制备技术日趋多样化，热
8、电偶薄膜的制备工艺也越来越复杂，工艺的优劣将直接关系到薄膜热电偶温度传感器的各项性能指标，因此，研究制备工艺在其研究中占据非常重要的地位。到目前为止，由于缺乏相关理论基础和有效的实验途径，动态标定依然困扰薄膜热电偶发展，同时也是急需解决的关键问题。近来，国内外相关研究人员从材料物理性能角度出发对薄膜热电偶展开研究，并取得了一定的研究成果，这些都推动了其进一步发展。在此基础上，本文综述了薄膜热电偶温度传感器的国内外的发展现状，着重介绍了其发展的关键技术问题，以及对其未来发展的展望。1薄膜热电偶温度传感器的关键技术11薄膜热电偶临界厚度的确定根据薄膜的尺寸效应理论，在厚度方向上由于表面、界面的存在
9、，使物质的连续性具有不确定性。当薄膜的厚度小于某一值时，薄膜连续性发生中断，从而引起电子输运现象发生变化，因此，薄膜热电偶的厚度不是越薄越好，而是存在一个临界厚度。当薄膜厚度d大于临界厚度时，金属薄膜电阻率f与厚度之间存在一定关系，即fd值与d呈线性关系，可以根据这一关系来确定金属薄膜的临界厚度。1967年，美国肯尼科特公司的Ledgemont2实验室就开始对薄膜热电偶的尺寸效应进行研究，他们通过对不同膜厚的Cu/CuNi薄膜热电偶的赛贝克系数进行对比，发现当薄膜热电极的厚度小于120m时，其热电动势系数急剧减小，电阻率急剧增大。反之，不仅其热电动势系数与普通体快型热电偶相当，而且热电动势响应
10、时间也会大大减小，小于1s。这表明要研究薄膜热电偶的热电动势系数和响应时间，首先需要确定薄膜的临界厚度。12扩散现象对薄膜热电偶性能的影响薄膜热电偶温度传感器的工作核心是由2个热电极薄膜相互搭接而成的热结点，不同于体块型热电偶，由于薄膜材料之间普遍存在相互扩散的现象，而这种金属薄膜之间的相互扩散势必会对薄膜的各项性能产生影响，因此，研究薄膜热电偶电极材料之间的扩散现象对于研制薄膜热电偶传感器具有重要意义。在薄膜热电偶的热结点处，两层金属薄膜之间所形成的界面通常既不是完全混乱，也不完全有序，而是一种相当复杂的结构。在界面中会产生各种各样的缺陷，如空位、替位或填隙杂质等，而这些缺陷会通过扩散向金属
11、薄膜的内部转移。金属薄膜相互扩散现象通常可分为可互溶的单晶薄膜扩散和多晶薄膜间的扩散两种类型，金属薄膜之间的扩散类型不同所导致的费米能级的变化也不同，进而引起不同的电学特性的改变。如3金属多晶AgAu双层膜之间，在室温下会发生明显的相互扩散现象。这主要是由于缺陷短路效应所引起的，即Au沿着Ag的晶粒界面扩散，进而引起薄膜界面之间的势垒。此外，为了避免金属基底与金属薄膜之间的相互扩散，大连理工大学的贾颖等人4在W18Cr高速钢刀头上镀制NiCr/NiSi薄膜热电偶之前，先在刀头上镀了一层SiO2薄膜，其作用除了起到绝缘的作用外，同时也是为了阻挡刀头的金属元素扩散到热电偶薄膜当中，影响薄膜热电偶性
12、能。13薄膜热电偶制备工艺的研究当前制备功能薄膜的技术很多，主要是物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两大类方法5。不同的薄膜制备技术各有其特点，其中，属于物理气相法的溅射镀膜技术，由于具有高速、低温、低损伤等优点，同时还可以很好地解决热电极材料在热结点处的交叉复合等问题，所以，非常适合用来制备热电偶薄膜。同时，薄膜在制备过程中不可避免会产生各种各样的缺陷，这些缺陷会影响薄膜热电偶的电学性能，而热处理则可以有效地消除缺陷，改善薄膜的内部组织，提高其性能，所以，薄膜的热处理工艺也是薄膜热电偶制备工艺重要的研究领域。国内外在这方面都做了大量的研究工作，如NIST的KreiderKG等人6
13、，7，研究了反应溅射方法沉积透明导电的氧化铟锡和氧化锑锡热电偶薄膜的工艺参数和相应的后续热处理工艺对薄膜热电偶性能的影响。他们通过控制工艺参数制成了薄膜电阻率为000101cm的不同薄膜热电偶，并对其进行不同工艺的热处理。经过静态标定后发现其赛贝克系数分布在1280V/之间。这表明，基片温度、溅射气氛、溅射速率、沉积均匀性等镀膜工艺参数和后续热处理工艺对控制薄膜的电阻率与热电势系数都是非常重要的。82薄膜传感器的静态标定热电偶的静态标定方法静态标定又称为分度，是确定热电动势与温度对应关系的方法，一般有纯金属定点法、比较法、黑体空腔法等几种。纯金属定点法是利用纯金属相变过程中的平衡点进行分度的方
14、法，这些平衡点在国际温标中规定了统一的温度数值。比较法是将高级别标准热电偶和待检热电偶一起放置于均匀温度场中并进行比较的分度方法。该方法具有设备简单易操作，测量电势值，计算简单、结果直观，一次可分度多只传感器，标准器和被检传感器种类可以不同等优点9。比较法是目前最常用的标定方法。黑体空腔法，是在卧式电阻炉最高温区的均匀温场内放置一个黑体空腔，空腔一端安放被检热电偶，另一端为标准光学高温计的测量窗口，使电阻炉恒定某一温度点，用标准光学高温计测量黑体空腔底部的高亮温度，同时测出被检热电偶的热电动势，黑体空腔法常用于高温热电偶的分度，分度时可以采取任意分度点，但是分度的准确度受黑体空腔的发射率和标准
15、光学高温计准确度的影响，计算方法比较复杂10。恒温槽中分度属于比较法的一种，不同的是该方法可将待检热电偶放在恒温槽中与标准仪器比较。例如，0300时，一般用标准水银温度计进行比较。成套分度是将被检热电偶与显示仪表配套连接，作为一个整体进行分度，该方法可以确定热电偶测量系统的综合误差。本课题采用比较法对所研制的传感器进行静态标定，测试并比较标准器与被检热电偶在不同温度点的电势值。标定注意事项如果精度不高的热电偶，标定过程相对来说比较简单；对于高精度的热电偶传感器，标定时应该注意以下几个难点：标准器的精度和稳定性。应该尽选择高精度，高稳定性的标准器；热源的精度、稳定性及波动标定过程中，热源要分梯度提供一系列的温度点，常用的标定设备有酒精槽、水浴槽、油浴槽和检定炉。温控仪的显示速度一般很慢，而薄膜热电偶传感器能检测到微弱的信号变化，容易受到干扰发生波动。因此应该选用稳定性好、波动小、误差小的热源，并且等待热源设备的显示温度完全稳定后再读数。信号采集速度及采集精度丝状热电偶灵敏度较差，输出热电势相对稳定，可以直接读数。对
