Главная  Пленочные термоэлементы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [ 24 ] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

не показаны). Электроды могут быть выполнены также из тонких проволок (как правило, используются отожженные медные проволоки), припаиваемых к металлическим полоскам. Электронагре-ватель 5 служит для создания градиента температуры вдоль оси пластины 1 при измерениях термо-ЭДС и термомагнитных эффектов. При исследовании последних, а также эффектов Холла и магнитосопротивления, ячейка помещается между полюсами электромагнита. Для изучения температурных зависимостей эффектов ячейка может быть помещена в кожух с охлаждающей жидкостью, например жидким азотом. После выкипания азота естественный отогрев ячейки позволяет проводить измерения в динамическом режиме почти до комнатной температуры. Дальнейшее ее повышение осуществляется электронагревателем, смон* тированным в кожухе.

Рассмотрим возможности определения в описываемой ячейке некоторых пьезоконстант применительно к кристаллам кубической и тригональной систем. В силу малой относительной толщины подложки и пленки деформация последней определяется деформацией рабочей поверхности пластины 1 (плоскость 1-11). Предполагая, что объем пленки не изменяется, тензор деформации для не можно записать в виде

..О О

где рп коэффициент Пуассона материала пластины, а ец вычисляется по формуле [47]

ец 3 (Z - ж) dvl2P. (1.260)

Параметры ж, d, Z, v показаны на рис. 1.7. Если пленка ориентирована тригональной осью перпендикулярно плоскости подложки, то для кристаллов кубической сингонии изменения удельного сопротивления по осям I и II в плоскости пленки выражаются следующим образом:

(Др/р)и [Ve (1 + Рп) (1 - 2) (яц - Jtia) -Ь

+ /344:44(5 - рп)], (1.261)

(Др/р)22 = ец [~-Ve (1 + рп)(1 - 2)(Я11 - Я12) +

+/зЯ4444 (1 - 5рп)], (1.262)

где Cij и Tiij - константы упругости и пьезосопротивления материала пленки. Эти уравнения показывают, что на одном образце прямоугольной формы, создавая деформацию растяжения, параллельную и перпендикулярную направлению тока, можно при известных определить Р44 и (яц - pia). Дополнив эти измерения исследованиями или Я22 при одноосной деформации, перпендикулярной плоскости пленки, мы получаем возможность опре-



делить все три константы (Я44, Яц, щ), используя дополнительное уравнение

(Др/р)11 - езз[1/з(я11 + 2я12)(11 + 212) - УпСи (1-263)

(22)

где £33 - деформация в направлении сжатия. Указанный дополнительный эксперимент проводится в устройстве, описанном в следующем пункте.

Для кристаллов тригональной сингонии при указанных выше: условиях имеют место следующие соотношения:

(Ap/p)ii = е11{я11[с11 - - \1п (ci2 - С1з)1 +

+ Я12 [Ci2 - 13- № (11-13)! + JtialCis - Css - \iu (cis- С2з)Ь,

(1.264)

(Ap/p)22 = е11{я11[с12 - 13 - Рп (12 - C13)] +

+i2[(ii -13 - № (12 -1з)1 + Jti3(Ci3 - C33 - jin {Ci3 --зз)1}»

(1.265)

(Ap/p)ii = езз[(яп + 12)13 + Я13С33]. (1.266)

(22)

Хотя тензор пьезосопротивления содержит для этой сингонии шесть независимых компонент, в написанных уравнениях содержатся только три, и их можно определить, осуществив те же измерения, что и для материала кубической системы.

Соображения относительно возможностей определения пьезо-констант справедливы и для определения термо-ЭДС кристаллов рассмотренных сингонии.

Устройство для исследования влияния сильной одноосной деформации. Представленная на рис. 1.8 схема устройства показывает, что оно относится к типу наковален Бриджмена. Здесь, однако, отсутствует запорное кольцо, показанное на рис. 1.6. Исследуемый образец 3 (пленка на слюдяной подложке или тонкий скол монокристалла) размещается между слоями электроизоляционного материала (например, слюды). Токоведущие и измерительные зонды (7-9), выполненные из расплющенной и отожженной тонкой проволоки диаметром 0,01-0,05 мм, укрепляются в слое изоляционного материала и касаются поверхности образца. Соотношение размеров пакета, включающего образец и электроизоляционный материал с электродами, таково, что толщина пакета (менее 0,1 мм) примерно на два порядка меньше длины и ширины пакета. При сжатии наковален пластическое течение его центральной части, где находится образец, практически сведено к нулю. Для увеличения трения между пакетом и наковальнями последние покрываются тонким слоем окиси железа, имеющей большой коэффициент трения (порядка 0,7 при давлении 24 кбар). Высокие модули упругости материала наковален, коническая йх форма и большой диаметр, в несколько раз превышающий размеры пакета, приводят к тому, что относительная деформация образца в плоскости наковален 2 на 1,5-2 порядка ниже деформации в направлении сжатия. Таким образом, в образце реализуются условия,близкие к одноосной деформации. Электронагреватели 4




Рис. 1.8. Устройство для исследования влияния сильной одноосной деформации в пленках

1 - слюда,

2 - наковальни,

3 - исследуемый образец,

4 - градиентные нагреватели,

5 - нагреватель общего нагрева,

6 - радиаторы, 7-9 - измерительные зонды

и радиаторы 6 служат для создания градиента температуры в направлении оси Б. Электронагреватель общего нагрева 5 осуществляет разогрев ячейки до температуры выше комнатной. Для охлаждения ячейки служит термоизоляционный кожух с охлаждающей жидкостью (жидким азотом). Соосно с наковальнями размещается соленоид, создающий магнитное поле, параллельное оси А. Магнитопроводом являются несущие конструкции пресса. Кожух, соленоид и гидравлический пресс на рисунке не показаны. Для измерения перепада температур на образце служат термопары, образованные электродами 7 (медь), 8 (константан).

Измерения относительных изменений кинетических коэффициентов производится по такому же принципу, что и в разд. 1.6. Верхний предел давления JOпpeдeляeтcя материалом наковален. Для стали Р-18 он достигает 40 кбар. Максимальная температура также определяется прочностными характеристиками наковален и составляет для легированных сталей примерно 600 К. Исследования при температуре жидкого азота не представляют трудностей.

Высказанные выше соображения о характере деформации были в [51] проверены экспериментально. О том, что деформация носит упругий характер вплоть до наибольших давлений (40 кбар), свидетельствуюткосселеграммы,снятые дои после сжатия, неизменность формы и расстояний между рисками, нанесенными на поверхность образца и рассматриваемыми под микроскопом до и после деформации, а также хорошая воспроизводимость величины измеряемых тензоэлектрических эффектов для нескольких последовательных циклов изменения давления.

Экспериментально полученные зависимости удельного сопротивления от усилия сжатия Ga в материалах с известными константами пьезосопротивления позволили оценить компоненты тензоров деформации и напряжения. Объектами исследования служили Bi, Nb, Ni, BigTeg, РЬТе, PbSe. Оказалось, что в осях пленки тензор деформации близок к следующему:

0 0

0 0

0 8з



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [ 24 ] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

0.0009