- •Технологія одержання і застосування плівКових матеріалів
- •Проценко і.Ю., Шумакова н.І.
- •© І.Ю.Проценко, н.І Шумакова, 2008
- •Передмова...................................................................................... 7
- •Конструкції термовипарників та їх застосування……… 19
- •Передмова
- •1 Основи термодинаміки та кінетичної теорії газів
- •Рівноважний тиск пари
- •1.2 Розподіл атомів пари за швидкостями
- •1.3 Механізми випаровування рідин та твердих тіл
- •2 Конструкції термовипарників та їх застосування
- •2.1 Загальна інформація
- •2.2 Випаровування із дротів та металевої фольги
- •2.3 Випаровування із тиглів, матеріали тиглів
- •2.4 Випаровування матеріалів електронно-променевими методами
- •3 Вакуумно-плазмова технологія
- •4 Плазмові випарники
- •4.1 Випарники з випаровуванням матеріалу катода
- •4.2 Вакуумно-дугові випарники
- •4.3 Випарники з випаровуванням матеріалу анода
- •4.4 Електронно-променеві випарники
- •5 Метод іонного та реактивного розпилення
- •5.1 Іонне розпилення
- •5.2 Реактивне розпилення
- •6 Особливості випаровування сплавів та хімічних сполук
- •7 Методи контролю товщини плівок
- •7.1 Мікрозважування
- •7.2 Метод кварцового резонатора
- •7.3 Оптичні методи
- •7.4 Інші методи
- •8 Характеристика елемента карбону
- •9 Класифікація алотропів карбону
- •10 Фізичні властивості алотропів карбону
- •11 “Метастабільність алмазу” та шляхи його одержання
- •12 Хімічний синтез алмазу
- •13 До історії розвитку хімічного синтезу алмазу
- •14 Методи одержання алмазоподібних плівок
- •14.1 Термохімічні методи осадження
- •14.2 Електророзрядні методи
- •14.3 Комбіновані розряди
- •14.4 Методи одержання апп на атмосфері
- •15 Методи одержання гідрогенезованих
- •16 Методи одержання ультрадисперсних алмазів (уда) і наноалмазів (на)
- •17 Методи одержання
- •18 Хімічний склад і кристалічна структура
- •18.1 Нітрид титану
- •18.2 Карбід вольфраму
- •Задачі та вправи
- •19 Уявлення про адатом, кластер та критичний зародок
- •20 Залежність розміру критичного зародка від матеріалу плівки та підкладки
- •21 Механізми конденсації плівок, їх узагальнена діаграма
- •22 Чотири стадії росту плівки
- •22.1 Утворення острівців
- •22.2 Коалесценція острівців
- •22.3 Утворення каналів
- •22.4 Утворення суцільної плівки
- •23 Критична товщина і критична температура конденсації
- •24 Утворення дефектів у процесі росту плівки
- •24.1 Дислокації
- •24.2 Межі зерен
- •24.3 Шорсткість та пористість конденсатів
- •25 Епітаксіальний ріст плівок
- •25.1 Зародження епітаксіальних частинок
- •25.2 Механізми епітаксіального росту
- •26 Змінювання параметра решітки, псевдоморфний ріст плівок
- •27 Види спряжень кристалів при епітаксіальному рості
- •28 Субструктура полікристалічних плівок
- •29 Нанокристалічні та аморфні матеріали
- •30 Внутрішні макронапруження в конденсатах
- •30.1 Вплив температури підкладки
- •30.2 Причина виникнення макронапружень у
- •30.3 Вплив товщини плівок, швидкості конденсації та термообробки
- •30.4 Розрахунок величини st
- •30.5 Методи вимірювання s
- •Вплив іонного бомбардування підкладки на властивості плівок
- •32 Процес старіння в тонких плівках
- •Датчики температури із платини та нікелю
- •Термопари
- •Терморезистори із від’ємним і додатним
- •Кремнієві датчики
- •37 Датчики на основі металевої плівки
- •38 Термокондуктометричні та термохімічні
- •39 Тонкоплівкові газові датчики
- •40 Датчики вологості
- •41 Уявлення про тензоефект
- •42 Перетворення деформації тензорезистором
- •43 Передача деформації чутливому елементу
- •44 Металеві тензодатчики
- •45 Напівпровідникові та полімерні тензорезистори
- •46 Магніторезистивні датчики
- •47 Датчики Холла
- •Технологія одержання і застосування плівкових матеріалів
40 Датчики вологості
Важливість величини вологості повітря насамперед пов’язана з повсякденним життям людей та функціонуванням деяких пристроїв.
Вологість повітря характеризують такими трьома параметрами, як:
абсолютна вологість Fа, що показує, яка кількість води (в г) знаходиться в 1м3 повітря;
вологість насичення Fн, яка характеризує максимальну кількість води в 1м3 повітря при даній температурі й атмосферному тиску без утворення конденсату;
відносна вологість .
Дуже простим є датчик вологості (ДВ) конденсаторного типу (рис. 3.13). Принцип роботи базується на тому, що діелектрична проникність плівки (1), а отже, і ємність конденсатора (С), залежать від вологості.
Р исунок 3.13 – Принципова схема будови діелектричного ДВ: 1–діелектрична плівка; 2-плівка Au; 3-контакт; 4- електроди
Робоча характеристика – залежність C(Fа) – має майже лінійний характер, і вона легко перетворюється у залежність напруги на конденсаторі від Fа за допомогою схеми лінеаризації.
Розділ 9 Тензодатчики та датчики магнітних характеристик на основі масивних і плівкових матеріалів
41 Уявлення про тензоефект
При експериментальних дослідженнях напруженого стану елементів конструкцій перетворення деформації у відповідний сигнал здійснюється за допомогою тензорезисторів. Принцип вимірювання деформації за допомогою тензорезистора полягає в тому, що при деформації змінюється електричний опір. Якщо аналізувати це явище з точки зору процесів електронного розсіювання, то необхідно розрізняти два випадки: масивний монокристалічний або плівковий високодисперсний тензорезистор. У першому випадку основний внесок у тензоефект дають зміна СДВП за рахунок деформації фононного спектра (за аналогією до співвідношення (3.4΄) можна позначити оф, але числові значення зміни СДВП у цих двох випадках різні) та зміна геометричних розмірів резистора. Якщо довжина резистора l, площа перерізу S = ad (а- ширина, d- товщина), то електричний опір резистора пов’язаний з його питомим опором (ρ) співвідношенням
.
Узявши диференціал від логарифма лівої і правої частин, отримуємо
(3.12)
або після винесення за дужки деформації отримуємо
(3.13)
де коефіцієнт Пуассона для матеріалу тензорезистора.
Якщо тензорезистор перебуває у вільному стані, то із (3.13) отримуємо
, (3.13’)
де К і m – коефіцієнт тензочутливості, виражений через R або відповідно.
Необхідно відмітити, що у практичній і теоретичній тензометрії прийняті різні позначення коефіцієнтів К, m та деяких інших параметрів. Зокрема, в теорії тензочутливості розрізняють коефіцієнти повздовжньої (l) та поперечної (t) тензочутливості; якщо ці величини виражаються через питомий опір, то їх відповідно позначають l і t (замість m). Крім того, необхідно мати на увазі, що в теорії тензоефекту вивчаються вільні тензорезистори і тому розглядають деформації l і t (у практичній тензометрії розглядають окремо деформацію конструкції () і чутливого елемента (ч)). Ця розбіжність позначень стає зрозумілою, якщо врахувати, що експериментальна тензометрія розвивалася на основі датчиків із масивних матеріалів (дроти, фольги), а фундаментальні питання тензоефекту аналізувалися на прикладі полікристалічних плівкових систем, тобто ці два науково-прикладні напрями розвивалися незалежно один від одного. Ситуація дещо змінилася при переході до виготовлення чутливих елементів у вигляді тонкоплівкової системи, оскільки відпала потреба у деяких параметрах (наприклад, у коефіцієнті передачі інформації Кпер).
У тому випадку, коли масивний тензорезистор приклеєний до конструкції, співвідношення (3.13) необхідно записати у такому вигляді:
, (3.13”)
де Kпрт = 1 + 2 + m – коефіцієнт перетворення деформації конструкції () за допомогою тензорезистора.
Оскільки між коефіцієнтами К і Кпрт існує зв’язок
К = Кпер.чКпрт, (3.14)
то К = Кпрт лише за умови, що коефіцієнт передачі деформації зв’язуючою речовиною до чутливого елемента Кпер.ч (Кпер.ч = , де - істинна деформація чутливого елемента (див. підрозділ 42)) дорівнює одиниці.
Якщо чутливий елемент виготовлений у вигляді полікристалічної плівкової системи (одно- чи багатошарової), то зміна СДВП, як і у випадку ТКО (співвідношення (3.4’)), відбувається не тільки за рахунок деформаційних змін фононного спектра, а й коефіцієнтів r, p і у випадку багатошарової плівки, величини Q.
Явище тензоефекту було відкрите в 1856 році Кельвіним, досліджувалося О.Д.Хвольсоном (1881р.), Колумбані й Туре (1960р.), Паркером і Кринським (1963р.), Мейксином і Худзинським (1967р.), Варкушем (1980р.). Найбільші теоретичні досягнення у вивченні ефекту тензочутливості пов’язані з іменами Тельє, Тоссе і Пішар. Найбільш важливі досягнення кафедри прикладної фізики СумДУ пов’язані з експериментальними дослідженнями тензочутливості одно- та багатошарових плівок та розробленням нової теоретичної моделі, яка враховує деформаційні ефекти для коефіцієнтів r, p i Q.
Піонерами застосування тензоефекту в промисловості є Сіммонс та Руже (США), які вперше запатентували і виготовили тензорезистор (1938р.). Значні успіхи в тензометрії металевими або напівпровідниковими резисторами мають Н.П.Клокова (Росія) та Ю.А.Тхорик (Україна).
У світі найбільш відомі 30 фірм США, ФРН, Великобританії та Японії, які випускають тензодатчики, що працюють в галузі великих деформацій і температур.