Полупроводниковый преобразователь температуры

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Сычик Василий Андреевич(72) Авторы Сычик Василий Андреевич Шумило Виктор Степанович(73) Патентообладатель Сычик Василий Андреевич(57) Полупроводниковый преобразователь температуры, включающий полупроводниковый слой с двумя омическими контактами, отличающийся тем, что он содержит три последовательно размещенных друг на друге полупроводниковых слоя собственных полупроводников с нарастающей шириной запрещенной зоны, разделенных диэлектрическими слоями,при этом полупроводниковые слои имеют один общий омический контакт и вторые информационные омические контакты, связанные с электронным коммутатором. Фиг. 1 Полезная модель относится к области термометрии и может быть использована в устройствах контроля и автоматического регулирования температуры. Известен преобразователь температуры - терморезистор 1, выполненный из термочувствительных сплавов. Такой преобразователь температуры обладает недостаточно высокими термочувствительностью и диапазоном контролируемых температур. Прототипом предлагаемой полезной модели является полупроводниковый преобразователь температур 2, содержащий полупроводниковый термочувствительный слой с двумя омическими контактами. 62512010.06.30 Недостатками преобразователя температуры (прототипа) являются а) узкий диапазон контролируемых температур в пределах 0-100 С б) невозможность измерять отрицательные температуры, при которых резко снижается температурная чувствительность полупроводникового преобразователя температуры. Техническим результатом полезной модели является расширение диапазона измеряемых температур и обеспечение высокой термочувствительности. Поставленная задача достигается тем, что полупроводниковый преобразователь температуры, включающий полупроводниковый слой с двумя омическими контактами, содержит три последовательно размещенных друг на друге полупроводниковых слоя собственной проводимости с нарастающей шириной запрещенной зоны, разделенных диэлектрическими слоями, при этом полупроводниковые слои имеют один общий омический контакт и вторые информационные омические контакты, электрически связанные с электронным коммутатором. Сущность полезной модели поясняет чертеж, где на фиг. 1 изображена структура полупроводникового преобразователя температуры, а на фиг. 2 - электрическая схема включения преобразователя температуры. Полупроводниковый преобразователь температуры состоит из полупроводникового основания 1 с нанесенным диэлектрическим слоем 2, на котором последовательно размещены полупроводниковый слой 3, диэлектрический слой 4 и полупроводниковый слой 5. На полупроводниковом основании 1, полупроводниковых слоях 3 и 5 сформированы информационные омические контакты 6, 7, 8 с внешними выводами. Полупроводниковое основание 1 и полупроводниковые слои 3, 5 имеют общий омический контакт 9. Полупроводниковые слои 1, 3, 5 посредством внешних выводов 6, 7, 8 подключаются к электронному коммутатору 10, который посредством блока обработки информации 11 электрически связан с блоком индикации 12. Полупроводниковое основание 1 выполнено из узкозонного собственного полупроводника, напримерс шириной запрещенной зоны 0,66 эВ. Его размеры являются базовыми, обеспечивающими максимальную термочувствительность, и могут составлять по длине 2-8 мм, по ширине 1-4 мм и по толщине 0,1-0,5 мм. Информационный омический контакт 6 к полупроводниковому основанию 1 с внешним выводом представляет слой толщиной 1,0-2,0 мкм на сильнолегированной области полупроводникового основания 1. Диэлектрический слой 2, нанесенный на полупроводниковое основание 1, обладает высокими изоляционными свойствами, его толщина 1-3 мкм. Он может формироваться из оксида кремния или оксида алюминия. Полупроводниковый слой 3 выполнен из более широкозонного собственного полупроводника, например арсенида галлия с 1,56 эВ. Аналогичными слою 2 размерами обладает диэлектрический слой 4, который выполнен из одноименного диэлектрика. В полупроводниковом слое 2 по аналогичной технологии изготовлен информационный омический контакт 7 с внешним выводом. На диэлектрическом слое 4 сформирован полупроводниковый слой 5 из наиболее широкого собственного полупроводника, например фосфида галлия с 2,25 эВ. В нем также сформирован по аналогичной технологии информационный омический контакт 8 с внешним выводом. Общий омический контакт 9 наносится на открытые сильнолегированные участки шириной 0,5-2 мм слоем алюминия и никеля суммарной толщиной 1-2 микрона и также имеет внешний вывод. Полупроводниковые слои 1, 3, 5 представляют собственные полупроводники, что обеспечивает расширение температурного диапазона и повышение температурной чувствительности. Сформированный полупроводниковый преобразователь температуры может герметизироваться теплопроводным компаундом. Полупроводниковый преобразователь температуры работает следующим образом. При измерении низких температур от -100 до 0 С электронным коммутатором 10 подключается узкозонный термочувствительный слой (элемент) 1 - собственный полупроводник- к блоку обработки информации 11 типа аналого-цифрового блока обработки аналоговых сигналов. Преобразованный в блоке обработки информации 11 сигнал от тер 2 62512010.06.30 мочувствительного элемента 1 поступает в блок индикации 12, где на цифровом табло отображается измеряемое значение температуры в виде соответствующих чисел с высокой точностью (1 С). При измерении средних температур от 0 до 150 С электронным коммутатором 10 подключается термочувствительный элемент 3 - собственный полупроводник с более широкой запрещенной зоной, например арсенид галлия. Аналоговый сигнал, снимаемый с термочувствительного элемента 3, через цепь электронного коммутатора 10 подается в блок обработки информации 11, где он преобразуется в цифровой сигнал и подается в блок индикации, который на цифровом табло отображает контролируемое значение температуры с точностью 1 С. В диапазоне высоких температур (150-300 С) подключается термочувствительный элемент 5 - собственный полупроводник с широкой запрещенной зоной (2,0 эВ), например фосфид галлия. Аналоговый сигнал с термочувствительного элемента 5 через цепь электронного коммутатора 10 поступает в блок обработки информации 11, преобразуется в нем в цифровой сигнал и подается в блок индикации 12, на цифровом табло которого отображается истинное значение контролируемой температуры с точностью 1 С. Полупроводниковый преобразователь температуры, выполненный структурой, отображенной на фиг. 1, где полупроводниковое основание 1 представляет собственный полупроводник - германий с 0,66 эВ, полупроводниковый слой 3 - собственный арсенид галлия с 1,56 эВ, полупроводниковый слой 5 - собственный полупроводник, фосфид галлия с 2,25 эВ, позволяет измерять температуру в диапазоне -100300 С, то есть в сравнении с прототипом более чем в два раза расширяется диапазон измеряемых температур и в 1,5 раза повышается термочувствительность. Промышленное освоение предлагаемого полупроводникового преобразователя температуры возможно на предприятиях электронной промышленности. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3