Фізичні засади розроблення термометричних елементів на основі інтерметалічних напівпровідників

Abstract

На основі фізичних моделей електронної та кристалічної структур, електрокінетичних та магнетних характеристик інтерметалічних напівпровідників встановлені закономірності функцій перетворення резистивних та термоелектричних інтерметалічних напівпровідникових елементів та можливість керування ними як екологічно чистих термометричних матеріалів для електрорезистивної та термоелектричної термометрії з однозначними залежностями та високим значенням питомого електроопору та термо-ЕРС. Показано, що керованість електрокінетичними характеристиками термометричних матеріалів на основі інтерметалічних напівпровідників здійснюється шляхом їх легування. Вперше показано, що легування інтерметалічних напівпровідників суттєво впливає на їх кристалічну структуру. Показано, що при прогнозуванні електрокінетичних властивостей термометричних матеріалів шляхом розрахунку розподілу електронної густини для отримання однозначних залежностей та максимальних значень термо-ЕРС і питомого електроопору необхідно врахувати локальну аморфізацію напівпровідників. Вперше здійснений розрахунок розподілу електронної густини з врахуванням локальної аморфізації. Реалізовані термочутливі елементи з використанням інтерметалічних напівпровідників для електрорезистивних та термоелектричних термометрів. На основе физических моделей электронной и кристаллической структур, электрокинетических и магнитных характеристик интерметаллических полупроводников установлены закономерности функций пребразования электрорезистивних и термоэлектрических полупроводниковых элементов и возможность управления ними как экологически чистых термометрических материалов для электрорезистивной и термоэлектрической термометри с однозначними и высокими значениями удельного сопротивления и термо-ЭДС. Показано, что управление электрокинетическими характеристиками термометрических материалов на основе интерметаллических полупроводников осуществляется путем их легирования. Впервые показано, что легирование интерметаллических полупроводников существенно влияет на их кристаллическую структуру. Показано, что при прогнозировании электрокинетических свойств термометрических материалов путем расчета распределения электронной плотности для получения однозначных зависимостей и максимальных значений термо-ЭДС и удельного сопротивления необходимо учитывать локальную аморфизацию полупроводников. Вывод о локальной аморфизации интерметаллических полупроводников подтвержден результатами исследований электрокинетических и магнитных характеристик: изменение знака коэффициента термо-ЭДС при переходе проводимости диэлектрик-металл и магнитное упорядочение на диэлектрической стороне перехода соответствуют критерию Мотта о наличии структурного разупорядочения. Впервые осуществлен расчет распределения электронной плотности с учетом локальной аморфизации. На основе анализа температурных та концентрационных зависимостей удельного сопротивления и коэффициента термо- ЭДС интерметаллических полупроводников показано, что в сильнолегированном и компенсированном полупроводнике значения энергий активации ε1α и ε3, полученные из температурных зависимостей коэффициента термо-ЭДС, связаны с энергетическими характеристиками флуктуации зон непрерывных энергий. Показано, что сопоставление энергетических характеристик флуктуации зон непрерывных энергий термометрического материала позволяет прогнозированно получать и использовать материал только с экспоненциальными изменениями электросопротивления и значительными изменениями термо-ЭДС, обеспечивая высокую чувствительность средст измерения температуры в широком температурном диапазоне. Реализованы термочувствительные элементы с использованием интерметаллических полупроводников для электрорезистивных и термоэлектрических термометров.On basis of the physical models for the electronic and crystal structures, electrokinetic and magnetic characteristics of the intermetallic semiconductors, the relationship of the transformation functions of the resistive and thermo-electric intermetallic semiconductor elements was established. The possibility of their monitoring as the ecologically clean thermometric materials for the electro-resistive and thermoelectric thermometry with the standardized dependencies and high values of the electro-resistivity and thermopower was proved. It was shown that controllability of electro-kinetic characteristics of the thermometric materials based on the intermetallic semiconductors was carried out by theirs doping. It was shown first, that doping of the intermetallic semiconductors substantially influenced on their crystal structure. It was shown that at prognostication of the electro-kinetic properties of the thermometric materials by calculation of the density of electronic states to obtain the unambiguous dependencies and maximal values of thermopower and resistivity it was necessary to take into account the local amorphisation of the semiconductors. The calculation of distribution of the density of electronic states with taking into account a local amorphization was performed first. The eleсtro-resistive and thermo-electric thermometers were realized with the use of intermetallic semiconductors as the thermosensitive elements.