Hősugárzás vizsgálata integrált termoelemmel Készítette: Pázmány József G. Témavezető: Basa Péter Segített: Vona István

A Seebeck és a Peltier - effektus Seebeck-effektus: az a jelenség, amikor két különböző anyagú vezető fémes kontaktusa (melegpont) magasabb hőmérsékleten van, mint hidegpontjuk, ekkor a két vezető között feszültség mérhető , melyet termofeszültségnek nevezünk. Peltier-effektus: a Seebeck-hatás inverze, azaz két különböző anyagú, összeérintett vezetőben folyó áram hatására a két végpont között hőmérsékletkülönbség jön létre. Vezetők esetén a szabad töltéshordozók mozgásával együtt hőáram is kialakulhat (Peltier-effektus). Hasonló okok miatt hőmérséklet gradiens hatására nem csak hőáram jön létre, hanem komponens áram (termodiffúzió) és elektromos töltésáram (Seebeck-effektus) is kialakulhat. A hőáramlásban besegítenek a szabad töltéshordozók, az elektronok, illetve p-típusú félvezetők esetén a „lyukak”. 2

Alkalmazási terület a Seebeck-hatás alapján hőmérőt lehet működtetni A Peltier – effektus gyakorlati alkalmazása: a Peltier-elem sok helyen használják, mivel nincs benne mozgó alkatrész, és kriogén folyadék nélküli hűtést valósít meg. 3

Az integrált termoelem felépítése Az integrált termoelem felépítését tekintve p és n típusú poliszilícium szálakból áll, melyek egy kb. 1 μm vastag, 4 db 0,9 mm-es négyzet alakú Si3N4 membránon helyezkednek el. A chip elő és hátoldala 4

A kalibráció 1. 1. mérés: a p-Si szál hőfoktényezőjének (α) meghatározása, 4 pontos ellenállásméréssel. Az α segítségével a későbbiekben meghatározhatjuk a membrán hőmérsékletét.

Kalibráció 2. 2. mérés - fűtőszállal való kalibráció: az eszköz érzékenységének meghatározása a membrán hőmérsékletére, illetve a fűtőteljesítményre. Hőmérsékleti érzékenység (mV/K) Fűtőteljesítményre való érzékenység (V/W) pSi-nSi (B18) 21,2 138,9 nSi-Al (B17) 7,9 44,1 pSi-Al (B19) 7,2 43,5

A hősugárzás mérése 220V ~ 12V DC stabilizált Peltier-elemek, legfelül “fekete bársonnyal” Feszültségértékek kiolvasása Termofeszültség az IC ből Platina-ellenállás hőmérő A dobozba szerelt IC Ablaknyílás, a szűrőt lefogató lemezekkel Peltier -elemek

Hősugárzás mérése A hősugárzás vizsgálata, a mintától 2,5 cm-re lévő hőforrás hőmérsékletének függvényében mért termo-feszültséggel, különböző termopár-összetételű chipeken.

9

Az eszköz válaszidejének mérése Az eszköz válaszidejének meghatározása (τ) a membrán hűlésének időbeli lefutását a termofeszültség mérésével követjük nyomon exponenciális függvény illesztésével meghatározható az időállandó jelentősége később (esetleg): képalkotásnál – képfrissítési frekvencia

Köszönjük a figyelmet.