RU2729881C1

RU2729881C1 - Thermoresistive element

Info

Publication number: RU2729881C1
Application number: RU2020110495A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Валентинович Девятов; Сергей Владимирович Егоров; Николай Николаевич Колесников; Анна Владимировна Тимонина; Олег Олегович Швецов
Priority date: 2020-03-11
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2020-08-13

Abstract

FIELD: low-temperature electronics.SUBSTANCE: thermoresistive element with positive temperature coefficient of resistance includes heat-sensitive layer and electric contacts. Thermoresistive element consists of monocrystalline CoSnSplate with three niobium contacts deposited on crystallographic plane (0001).EFFECT: invention enables to create a thermoresistive element whose operating temperature range is < 1_5 K.1 cl, 2 dwg

Description

Развитие низкотемпературной электроники предъявляет новые требования к приборной базе, в частности, к терморезистивным элементам. Существует много низкотемпературных (по общепринятой классификации) элементов, работающих при температурах ниже 170 К. Но выбор устройств для диапазона температур <4,2 К, то есть работающих ниже температуры кипения гелия, ограничен. При этом современная низкотемпературная электроника уже требует устройств, работающих при сверхнизких (<1,5 К) температурах.The development of low-temperature electronics makes new demands on the instrumentation base, in particular, on thermoresistive elements. There are many low-temperature (according to generally accepted classification) elements operating at temperatures below 170 K. But the choice of devices for the temperature range <4.2 K, that is, operating below the boiling point of helium, is limited. At the same time, modern low-temperature electronics already require devices operating at ultra-low (<1.5 K) temperatures.

Известен терморезистивный элемент с положительным температурным коэффициентом сопротивления [Н.Т. Дехтярук, Ганюк Л.Н., Ильчишина С.В., Иноземцев А.Н., Огенко B.М. Датчик температуры. Патент Российской Федерации на изобретение №2013815] - прототип. Терморезистивным элементом в этом устройстве является слой низкоомного органического полупроводника полипиролла. Рабочий диапазон температур терморезистивного элемента 1,5-300 К, при этом характеристики терморезистивного элемента остаются стабильными во внешних магнитных полях напряженностью до 40 кэ при температуре 4,2 К.Known thermoresistive element with a positive temperature coefficient of resistance [N.T. Dekhtyaruk, Ganyuk L.N., Ilchishina S.V., Inozemtsev A.N., Ogenko V.M. Temperature sensor. Patent of the Russian Federation for invention No. 2013815] - prototype. The thermoresistive element in this device is a layer of low-resistance organic semiconductor polypirol. The working temperature range of the thermoresistive element is 1.5-300 K, while the characteristics of the thermoresistive element remain stable in external magnetic fields of up to 40 kOe at a temperature of 4.2 K.

Недостатком устройства-прототипа является то, что его рабочий диапазон не охватывает область<1,5 К.The disadvantage of the prototype device is that its operating range does not cover the area <1.5 K.

Задача предлагаемого изобретения - создание терморезистивного элемента, рабочий диапазон температур которого<1,5 К.The objective of the present invention is to create a thermoresistive element, the operating temperature range of which is <1.5 K.

Поставленная задача решается тем, что терморезистивный элемент с положительным температурным коэффициентом сопротивления, стабильным во внешних магнитных полях, состоит из монокристаллической пластины Co₃Sn₂S₂ с тремя контактами из ниобия, нанесенными на кристаллографическую плоскость (0001).The problem is solved by the fact that a thermoresistive element with a positive temperature coefficient of resistance, stable in external magnetic fields, consists of a Co ₃ Sn ₂ S ₂ single crystal plate with three niobium contacts deposited on a crystallographic plane (0001).

Пример исполнения устройства и электрической схемы его подключения показаны на Фиг. 1, где 1 - монокристаллическая пластина Co₃Sn₂S₂, ориентированная по кристаллографической плоскости (0001); 2 - контакты из ниобия; 3 - источник электрического тока; 4 - прибор для измерения напряжения; 5 - заземление.An example of an embodiment of the device and an electrical diagram of its connection are shown in Fig. 1, where 1 is a Co ₃ Sn ₂ S ₂ single crystal plate oriented along the crystallographic plane (0001); 2 - niobium contacts; 3 - source of electric current; 4 - voltage measuring device; 5 - grounding.

Рабочий диапазон температур предлагаемого устройства от 0,03 К до 1,5 К.The operating temperature range of the proposed device is from 0.03 K to 1.5 K.

Устройство работает следующим образом. На два контакта из ниобия подается напряжение смещения от источника тока, как показано Фиг. 1. Изменение напряжения смещения в диапазоне -1,0 - +1,0 мВ позволяет управлять сопротивлением терморезистивного элемента, как показано на Фиг. 2, где представлены графики зависимости сопротивления R от напряжения смещения V при разных температурах (кривая 1 - при температуре 0,03 К, кривая 2 - при температуре 1,5 К).The device works as follows. The two niobium contacts are biased from the current source as shown in FIG. 1. Varying the bias voltage in the range of -1.0 to +1.0 mV allows the resistance of the thermistor element to be controlled as shown in FIG. 2, which shows the graphs of the dependence of the resistance R on the bias voltage V at different temperatures (curve 1 - at a temperature of 0.03 K, curve 2 - at a temperature of 1.5 K).

Изменение сопротивления в диапазоне температур от 0,03 К до 1,5 К составляет 0,08-0,1 Ом в зависимости от приложенного напряжения смещения.The change in resistance in the temperature range from 0.03 K to 1.5 K is 0.08-0.1 Ω, depending on the applied bias voltage.

Характеристики заявляемого устройства остаются стабильными во внешнем магнитном поле до достижения напряженности поля, соответствующей второму критическому полю для ниобия (30-21 кэ в температурном интервале 0,03-1,5 К).The characteristics of the proposed device remain stable in an external magnetic field until a field strength corresponding to the second critical field for niobium is reached (30-21 ke in the temperature range 0.03-1.5 K).

Claims

A thermoresistive element with a positive temperature coefficient of resistance, including a thermosensitive layer and electrical contacts, characterized in that it consists of a single crystal Co ₃ Sn ₂ S ₂ plate with three niobium contacts deposited on the crystallographic plane (0001).