Тензорезистивні давачі тиску на основі ниткоподібних кристалів кремнію для широкого діапазону температур і частот
Електронний науковий архів Науково-технічної бібліотеки Національного університету "Львівська політехніка"
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Тензорезистивні давачі тиску на основі ниткоподібних кристалів кремнію для широкого діапазону температур і частот
Тензорезистивные датчики давления на основе нитевидных кристаллов кремния для широкого диапазона температур и частот Piezoresistive pressure sensors based on silicon whiskers for the wide temperature and frequency range |
|
| Creator |
Кутраков, Олексій Петрович
|
|
| Subject |
ниткоподібний кристал
кремній тензорезистор давач тиску нитевидный кристалл кремний тензорезистор датчик давления whisker silicon strain gauge pressure sensor |
|
| Description |
Дисертація присвячена розробці давачів тиску з тензорезисторами на основі ниткоподібних кристалів (НК) кремнію, працездатних у широкому діапазоні температур (від температури рідкого гелію до +3200С) і частот. Проведено комплексні дослідження механічних і температурних характеристик тензорезисторів на основі НК Si р-типу з різним ступенем легування бором. Показано, що ці тензорезистори мають унікальні механічні властивості: витримують деформацію до 1% і 108 циклів деформації без руйнування. Встановлено, що тензорезистори з питомим опором 0,005 - 0,006 Ом×см мають найбільш оптимальні температурні характеристики для створення давачів тиску, працездатних у широких температурних діапазонах. Показано можливість роботи тензорезисторів на основі НК кремнію р-типу з платиновими контактами до температури + 5000С зі збереженням високої тензочутливості. Проведено дослідження впливу опромінення високоенергетичними електронами на характеристики тензорезисторів на основі НК р-Si. Встановлено радіаційну стійкість тензорезисторів до опромінення електронами з енергією Е ≤ 10 МеВ і флюенсом Ф ≤ 1×1017 ел/см2. Розроблено технологічні основи створення давачів тиску з тензорезисторами на основі НК р-Si працездатних у різних діапазонах температур. На основі експериментального моделювання показано оптимальність використання кремнієвих тензорезисторів з ρ ≈ 0,005 Ом×см, закріплених на пружних елементах з інварного сплаву 36Н, для створення давачів тиску, працездатних у діапазоні температур -269…+200С. Для підвищення чутливості давачів за температури рідкого гелію доцільно використовувати тензорезистори на основі НК Si р-типу з ρ=0,01-0,013 Ом×см. Розроблено технологічні основи створення високотемпературних давачів тиску з використанням як матеріалу пружних елементів коварового сплаву 29НК і склоприпою С51-1 для закріплення тензорезисторів. Використання композиції Si-тензорезистор – склоприпой – ковар з близькими коефіцієнтами термічного розширення дозволило зменшити термічні напруження і підвищити робочій діапазон температур давачів до +3500С. Використовуючи розроблені технологічні основи, запропоновано концепцію створення давачів тиску, працездатних у широкому діапазоні температур і частот. Основою конструкції таких давачів є розроблений пружно – чутливий елемент (тензомодуль), який, завдяки своїй універсальності, дозволяє створювати давачі на різні діапазони тисків. Створено тензорезистивні давачі на основі НК кремнію для вимірювання статичних і динамічних тисків у діапазоні від100 кПа до 20 МПа, працездатні у діапазонах температур від -269...+200С до +20...+3200С, та досліджено їх характеристики. Диссертация посвящена разработке датчиков давления с тензорезисторами на основе нитевидных кристаллов (НК) кремния, работоспособных в широком диапазоне температур (от температуры жидкого гелия до +3200 С) и частот. Проведены комплексные исследования механических и температурных характеристик тензорезисторов на основе НК Si р-типа с различной степенью легирования бором. Показано, что эти тензорезисторы имеют уникальные механические свойства: выдерживают деформацию до 1% и 108 циклов деформации без разрушения. Установлено, что тензорезисторы с удельным сопротивлением 0,005-0,006 Ом×см имеют наиболее оптимальные температурные характеристики для создания датчиков давления, работоспособных в широких температурных диапазонах. Показана возможность работы тензорезисторов на основе НК кремния р-типа с платиновыми контактами до температуры + 5000С с сохранением высокой тензочувствительности. Проведено исследование влияния облучения электронами высоких энергий на характеристики тензорезисторов на основе НК р-Si. Установлено радиационную стойкость тензорезисторов к облучению электронами с энергией Е ≤ 10 МэВ и флюенсом Ф ≤ 1 × 1017 эл/см2. Разработаны технологические основы создания датчиков давления с тензорезисторами на основе НК р-Si, работоспособных в разных диапазонах температур. На основе экспериментального моделирования показана оптимальность использования кремниевых тензорезисторов с ρ ≈ 0,005 Ом×см, закрепленных на упругих элементах из инварного сплава 36Н, для создания датчиков давления, работоспособных в диапазоне температур -269 ... +200С. Для повышения чувствительности датчиков при температуре жидкого гелия целесообразно использовать тензорезисторы на основе НК Si р-типа с ρ = 0,01 - 0,013 Ом×см. Разработаны технологические основы создания высокотемпературных датчиков давления с использованием в качестве материала упругих элементов коварового сплава 29НК и стеклоприпоя С51-1 для закрепления тензорезисторов. Использование композиции Si-тензорезистор - стеклоприпой - ковар с близкими коэффициентами термического расширения позволило уменьшить термические напряжения и повысить рабочей диапазон температур датчиков до +3500С. Используя разработанные технологические основы, предложена концепция создания датчиков давления, работоспособных в широком диапазоне температур и частот. Основой конструкции таких датчиков является разработанный упруго - чувствительный элемент (тензомодуль), который, благодаря своей универсальности, позволяет создавать датчики на различные диапазоны давлений. Созданы тензорезистивные датчики на основе НК кремния для измерения статических и динамических давлений в диапазоне от 100 кПа до 20 МПа, работоспособные в диапазонах температур от -269 ... +200С до +20 ... +3200С, и исследованы их характеристики. The dissertation is devoted to the development of pressure sensors with strain gauges based on silicon whiskers operating in the wide temperature (from liquid helium temperature to +3200C) and frequency range. The complex studies of mechanical and temperature characteristics of strain gauges based on p-tipe Si whiskers with different boron doping were carried out. It was shown that these strain gauges have unique mechanical properties: they hold the strain up to 1% and 108 strain cycles without breakage. It was established that strain gauges with resistivity 0,005 – 0,006 Ohm×cm have the most optimal temperature characteristics to develop pressure sensors operating in the wide temperature ranges. The possibility of strain gauges based on p-type Si whiskers to operate at the temperature up to +5000C with high gauge factor was shown. The study of high – energy electron irradiation influence on the characteristics of strain gauges based on p-Si whiskers was carried out. The radiation stability of these strain gauges to the electron irradiation with energy E ≤ 10 MeV and fluence Ф ≤ 1×1017 el/cm2 was established. The technological bases of pressure sensors creation based on p-Si whiskers operating in different temperature ranges were developed. From the experimental simulation it was shown that using of silicon strain gauges with ρ = 0,005Ohm×cm mounted on the spring elements, fabricated from the 36N invar alloy, for creating the pressure sensors operating in the temperature range -269...+200C is most optimal. To increase the sensitivity of pressure sensors at liquid helium temperature it is expedient to use strain gauges based on p-type Si whiskers with ρ ≈ 0,010 – 0,013 Ohm×cm. The technological bases of high – temperature pressure sensors creation with strain gauges, mounted by glass adhesive C51-1 on spring elements of 29NK covar alloy, were developed. Using the composition Si strain gauge – glass adhesive – covar alloy with approximately equal coefficients of thermal expansion gave the possibility to decrease thermal stress and extend the operating temperature range of sensors up to +3500C. Due to the developed technological basis the conception of creating the pressure sensors operating in the wide temperature and frequency ranges was suggested. The construction of such pressure sensors is based on the developed spring sensing element (spring unit) that, due to it's universality, gives the possibility to create sensors for different pressure ranges. Piezoresistive sensors based on silicon whiskers to measure static and dynamic pressure in the range from 100 kPa to 20 MPa, operating in temperature ranges from -269...+200C to +20...+3200C were created, and their characteristics were studied. |
|
| Date |
2012-09-20T10:15:07Z
2012-09-20T10:15:07Z 2012 |
|
| Type |
Autoreferat
|
|
| Identifier |
Кутраков О. П. Тензорезистивні давачі тиску на основі ниткоподібних кристалів кремнію для широкого діапазону температур і частот : автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук : 05.27.01 – твердотільна електроніка / Олексій Петрович Кутраков ; Національний університет "Львівська політехніка". - Львів, 2012. - 23 с.
http://ena.lp.edu.ua:8080/handle/ntb/14456 |
|
| Language |
ua
|
|
| Publisher |
Національний університет "Львівська політехніка"
|
|