PL100927B1 - Przyrzad do automatycznego pomiaru wlasnosci termoelektrycznych materialow polprzewodnikowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest przyrzad do pomiaru wlasnosci termoelektrycznych materialów pólprzewod¬ nikowych, na przyklad zaleznosci sily termoelektrycznej od róznicy temperatur na koncach próbki, wspólczynnika Seebecka w funkcji temperatury sredniej próbki, przewodnictwa elektrycznego w funkcji tempe¬ ratury. « Przy wyznaczaniu parametrów charakteryzujacych elektryczne wlasnosci pólprzewodnika nalezy miedzy innymi okreslic wielkosci charakteryzujace procesy transportu nosników pradu na przyklad ruchliwosc i koncentracje swobodnych nosników ladunku.Okreslenie tych wielkosci, wazne jest zarówno z punktu widzenia podstawowych badan jak i praktycznego zastosowania materialów pólprzewodnikowych.

Dotychczas powyzsze parametry charakteryzujace wlasnosci elektryczne pólprzewodników, okreslano przede wszystkim na podstawie badan magnetycznych, efektu Halla, które znieksztalcaly procesy transportu nosników pradu obecnoscia czynników zewnetrznych, a tym samym nie pozwalaly na dokladne okreslenie badanych wielkosci. Dokladne okreslenie tych wielkosci jest mozliwe przy badaniu wlasnosci termoelektrycz¬ nych materialów pólprzewodnikowych, ale niestety w tym przypadku jest ono bardzo pracochlonne i drogie. » Celem wynalazku jest skonstruowanie przyrzadu, który by umozliwil badanie wlasnosci termoelektrycz nych materialów pólprzewodnikowych, w sposób automatyczny, w mozliwie krótkim czasie, rzedu kilkunastu minut i przy malym nakladzie pracy.

Powyzszy cel zostal osiagniety dzieki zastosowaniu przyrzadu, który jest przedmiotem niniejszego wynalazku.

Istota wynalazku polega na tym, ze przyrzad sklada sie z dwóch czlonów, czlonu pomiarowego, i czlonu sterujacego automatycznie proces pomiarowy. Czlon pomiarowy sklada sie z dwóch przesuwnie osadzonych elementów grzejnych, pomiedzy którymi umieszcza sie badana próbke, zaopatrzonych w przewody pomiarowe, oraz w co najmniej po dwie termopary, przy czym dwie termopary umieszczone po obu stronach próbki sa polaczone szeregowo, a pozostale dwie termopary sa polaczone róznicowo. Ozlon sterujacy automatycznie2 100 927 pcoces pomiarowy sklada sie z elektronicznego zasilacza elementów grzejnych, sterowanego elektronicznie poprzez uklad szeregowo lub róznicowo polaczonych termopar.

Taka konstrukcja przyrzadu ma te wielka ceche i zalete, ze pozwala nie tylko na stabilizacje temperatury sredniej próbki (T$r-—^ ), przy równoczesnej zmianie w czasie róznicy temperatur (T = ±(Ti -T2))na próbce, co ma wielkie znaczenie przy pomiarze na przyklad zaleznosci sily termoelektrycznej od róznicy temperatur, ale równiez umozliwia stabilizacje róznicy temperatur na próbce przy równoczesnej zmianie w czasie temperatury sredniej próbki, co pozwala na bezposrednie otrzymanie zaleznosci na przyklad wspólczynnika Seebecka i przewodnictwa elektrycznego od temperatury. Ponadto urzadzenie do automatycznego pomiaru wlasnosci termoelektrycznych materialów pólprzewodnikowych, pozwala na liniowy wzrost temperatury próbki w czasie, co ma bardzo istotne znaczenie, na przyklad przy badaniu pradów stymulowanych termicznie.

Przyrzad-wedlug wynalazku jest uwidoczniony schematycznie w sposób przykladowy na rysunku. > Przyrzad do automatycznego pomiaru wlasnosci termoelektrycznych sklada sie z dwóch czlonów, pomiarowego czlonu A i sterujacego automatycznie proces pomiarowy czlon B.

Czlon A ma przesuwnie osadzone grzejne elementy 1, 2, zaopatrzone w odizolowane od nich miniaturowe elektryczne grzalki 3, 4 w przewody pomiarowe 5, oraz w co najmniej po dwie termopary 6, 7 i 8, 9 równiez odizolowane elektrycznie od elementów grzejnych, pomiedzy którymi umieszcza sie badana próbke 10. Ponadto w czlonie pomiarowym A znajduje sie glówna grzalka 11, zapewniajaca temperature odniesienia. Dwie termo* pary 6 i 8 umieszczone po obu stronach próbki 10 sa polaczone szeregowo, a wiec wskazuja sume temperatur (Ti + T2) a dwie pozostale termopary 7 i 9 sa polaczone róznicowo, wskazuja wiec róznice temperatur obu stron próbki (Ti — T2).

Pomiary wlasnosci termoelektrycznych materialów pólprzewodnikowych wymagaja, aby temperatura srednia próbki pozostawala stala, a zmieniala sie w czasie róznica temperatur na próbce, lub odwrotnie, aby róznica temperatur na próbce pozostawala stala, a zmieniala sie w czasie temperatura srednia próbki. Oba te zadania spelnia czlon B, sterujacy automatycznie procesy pomiarowe. Moze on byc wykonany w róznych wariantach konstrukcyjnych. W jednym z prostszych rozwiazan czlon B moze skladac sie z regulowanych zasilaczy tyrystorowych 12, 12a, 12b zasilajacych grzalki 3, 4, 11, sterowanych przy pomocy ukladów elektronicznych. Sterujacy uklad elektroniczny sklada sie z dwóch czesci, z ukladu kompensatora K i galwano- metru G okreslajacego punkt pracy przyrzadu oraz z ukladów fotorezystorów 13a i 13b, wzmacniaczy 14, 14a i 14b, silników 15,15a i 15b sterujacych za pomoca zmiany oporu halipotów 16, 16a i 16b moc tyrystorowych zasilaczy 12,12a i 12b. , < Wyzej opisany przyrzad do automatycznego pomiaru wlasnosci termoelektrycznych materialów pólprze¬ wodnikowych dziala w nastepujacy sposób. Badana próbke 10 umieszcza sie miedzy dwoma elementami grzejnymi 1, 2, wlacza glówna grzalke 11, zapewniajaca srednia temperature ukladu pomiarowego A oraz ustala na pewnym poziomie wyjsciowym moc miniaturowych grzalek 3, 4. « Pomiar wspólczynnika Seebecka wdanej temperaturze wymaga, aby róznica temperatur AT = ±(Ti—T2) na próbce 10 ulegala zmianom w czasie trwania pomiaru, a temperatura srednia próbki pozostawala stala. W tym przypadku uklad szeregowo polaczonych termopar 6 i 8 jest wlaczony do czlonu B, który powoduje, ze temperatura srednia próbki pozostaje stala, a zmienia sie w czasie róznica temperatur na próbce. » Na jedna z osi rejestratora XY podaje sie napiecie z ukladu róznicowo polaczonych termopar 7 i 9 proporcjonalne do róznicy temperatur na próbce AT = ± (T/ — Ta), a na druga os rejestratora XY za pomoca przewodów pomiarowych 5 podaje sie sile termoelektryczna E powstajaca w badanej próbce 10. Na rejestratorze XY otrzymuje sie zaleznosc E = f (AT)Tsr = const' której kat nachylenia jest miara wspólczynnika Seebecka w danej temperaturze sredniej.

Pomiar wspólczynnika Seebecka {&) w zaleznosci od sredniej temperatury Tsr, wymaga aby róznica temperatur na próbce 10 pozostawala stala. (AT = const), natomiast temperatura srednia próbki ulegala wolnym zmianom w czasie trwania pomiaru. Zmiane temperatury sredniej próbki w czasie zapewnia sterowany elektro¬ nicznie zasilacz tyrystorowy 12 zasilajacy glówna grzalke 11. W celu stabilizacji zadanej róznicy temperatur na próbce (AT=Ti—T2), uklad róznicowo polaczonych termopar 7, 9 wlacza sie po zmianie polozenia przelacznika 17 do czlonu B, który, stabilizujac prad w grzalce 4, automatycznie steruje prad w grzalce 3 w ten sposób, ze róznica temperatur na próbce pozostaje stala, a zmienia sie temperatura srednia próbki. Przy stalej róznicy temperatur na próbce sila termoelektryczna jest proporcjonalna do wspólczynnika Seebecka. Podajac na jedna z osi rejestratora XY napiecie z ukladu szeregowo polaczonych termopar 6 i 8, proporcjonalne do100 927 3 T + T temperatury sredniej próbki (Tsr = ' 2 ') a na druga os rejestratora XY za pomoca przewodów pomiarowych sile termoelektryczna, proporcjonalna, przy stalej róznicy temperatur, do wspólczynnika Seebecka (a) otrzymuje sie zaleznosc wspólczynnika Seebecka od temperatury sredniej a = f(Tsr). Ponadto nalezy zaznaczyc, ze przyrzad ten pozwala miedzy innymi otrzymac zaleznosc przewodnicka elektrycznego od temperatury.

W tym celu na kompensatorze K nalezy ustawic róznice temperatur równa zero (AT = 0), oraz w obwód pomiarowy wlaczyc dodatkowo zródlo pradu. •

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Przyrzad do automatycznego pomiaru wlasnosci termoelektrycznych materialów pólprzewodnikowych, znamienny tym, ze ma dwa czlony, pomiarowy czlon (A) i sterujacy automatycznie procesy pomiarowe czlon (B), z których czlon (A) sklada sie z dwóch przesuwnie osadzonych grzejnych elementów (1, 2), pomiedzy którymi umieszcza sie badana próbke (10), zaopatrzonych w pomiarowe przewody (5), oraz w co najmniej po dwie termopary (6, 7 i 8, 9), przy czym dwie termopary (6,8) umieszczone po obu stronach próbki sa polaczone szeregowo, a pozostale dwie termopary (7,9) sa polaczone róznicowo, natomiast czlon (B), sklada sie z elektronicznych zasilaczy (12a, 12b) grzejnych elementów (1, 2), sterowanych elektronicznie, poprzez uklad termopar (6, 8) polaczonych szeregowo lub uklad termopar (7,9) polaczonych róznicowo. «