Доклад на тему: "Методы измерения теплопроводности полупроводников"

Методы измерения теплопроводности полупроводников   В зависимости от определения теплового потока, проходящего через исследуемый материал,   методы   измерения   теплопроводности   разделяются   на   стационарные   и нестационарные.   Так,   как   методы   определения   теплопроводности   посвящены монографии   [12­14]   и   много   работ,   нет   необходимости   останавливаться   на   них. Привлекают   внимание   новейшие   современные   методы   сочетания   измерения теплофизических параметров в стационарном и нестационарном режимах при высоких температурах. Особо следует обратить внимание на метод одновременного измерения с высокой точностью теплопроводности и теплоемкости полупроводников с использованием двух параллельных металлических полосок, разработанных Брюс Коннел [15]. Через одну из полосок пропускается переменный ток угловой частотой W/2 и она служит линейным источником тепла на угловой частоте W. Через другую полоску проходит постоянный ток и он используется   в качестве термометра сопротивления (датчика). Изменение температуры,   вызванное   переменным   током   приводит   к   изменению   сопротивления полоски­датчика.  В общем случае изменение температуры полоски описывается: ТW  P  2 K 0  ( d ) где Р ­ мощность на единицу длины; d ­ расстояние от линии, К0( dα )­  модифицированная функция Бесселя:  Нагреватель 1-х0-1                                                            0 L Датчик у После математических преобразований, общую формулу расчета представляется VW  VBP  K  d (0 )    2/  ( WSh  2/ W    , здесь Vw ­ постоянное напряжение на измерительной полоске, переменное напряжение на второй полоске. Дальнейшее развитие этой методики получила в работе Д.Кахилл [16], где он применил метод модуляции. Этот метод нечувствителен к погрешностям, связанным   с   изменением   и   потерями   тепловой   мощности.   Метод   3W  может   быть использован для любого твердого тела с гладкой плоской поверхностью размерами 10х5 мм, толщиной несколько миллиметров. Колебание температуры рассчитывается по формуле: , T  dT dR R V 3V где R­ сопротивление металлической линии, V­ падение напряжения на металлической линии при W; V3­ измеряемое напряжение при 3W. По двум значениям 3W­ напряжение, найденное для двух частей f1 и f2 вычисляется теплопроводность:  3 V f ln  VlR 4 ( 2 31 , / ) f 1 dT здесь V31­ разность межфазных напряжений при частотах f1 и f2. Ошибка измерений при температуре выше 1000 К составляет менее 2%. Интересна   методика   комплексного   определения   теплофизических   свойств керамических   материалов   при   высоких   температурах   динамическим   методом, разработанным Миклашевской Е.П. [17]. Здесь одновременно измеряется   , объемная теплоемкость   Сv  и   температуропроводность   в   интервале  400­1500  К.   Особенностью λ этого   метода   является   то,   что   температура   на   границах   исследуемого   объекта изменяется по времени по линейному закону, но с различными скоростями, в результате чего градиент температуры   тела   во   времени   тоже   возрастает   по   линейному  закону.  Решением одномерной   плоской   задачи   теплопроводности   при   заданных   граничных   условиях получены простые расчетные соотношения для определения и температуропроводности в зависимости от температуры. Широкое распространение в последнее время получил, так называемый «Флянц­ метод»   [18,19],   где   на   образцах   малых   размеров   одновременно   можно   измерять теплопроводность,   температуропроводность   и   теплоемкость   в   широком   интервале температур.   Источником   теплового   импульса   и   нагрева   образца   авторы   [18,19] используют твердотельный лазер. Несмотря   на   преимущества   вышеперечисленных   методов,   они   требуют современную  высокоточную  аппаратуру, трудно  технически  наносить  линии и очень дорогие, требуют полной автоматизации.