2.4. Вплив термообробки на властивості термочутливих елементів з n-GaAs і спосіб виготовлення термометрів опору
Відомо, що при виготовленні термісторів проводять високотемпературну термообробку (ТО) пресованих матеріалів протягом багатьох годин, що ускладнює технологічний процес, знижує стабільність термометрів. Одним з недоліків напівпровідникових терморезисторів є те, що технологічний процес їх виготовлення не забезпечує ідентичності градуювальник характеристик, взаємозамінність термометрів.
Часто проводять розділ термометрів на серії з мінімальним розкидом параметрів (12-14 %). Для часткового усунення вказаного недоліку, тобто підвищення точності, у способі виготовлення напівпровідникових терморезисторів, який включає вирощування кристалів GaAs з газової фази, легування їх сіркою, розріз на елементи, приєднання Au-струмопідводів, проводять додаткову низькотемпературну термообробку термометрів шляхом ізохронного відпалу їх на повітрі при температурі 633-643 K, а час відпалу визначають за експериментальне встановленою залежністю приросту опору дії від чутливості.
Встановлено наступну аналітичну залежність зміни R(77 K) у процесі відпалу
де ρ- температурний коефіцієнт приросту опору β = ΔR/ΔTτ; ΔТ- відхилення температури від 643 К, τ- час термообробки; K -чутливість термометра. Коефіцієнти а = 36 і b = 111 визначають з рівняння прямої ΔR = аК + Ь. У даному випадку (рис.4.) ρ = 0,058 Ом/Кгод, K = 3,19. Якщо відпал проводите при 643 K, то ΔT = O і рівняння (4) спрощується: AR-(36 K- 111) т, звідки час відпалу (4):
Температура відпалу 633-643 K вибрана на основі експериментальних даних з відпалу термометрів при різних температурах. Такі результати представлені на рис.4,а для > термометрів, виготовлених з одного KK. Тривалість відпалу 0,5-8 год., температурний інтервал ТО 40 K.
Рис.4. Залежність зміни опору термометрів від часу термовідпалу при різних тсмперагурах
Приріст опору ΔR(77K) може перевищувати ЗО Ом при початковому опорі 11-12 Ом. При цьому, при вказаних вище температурах залежності є лінійними, а при 623 K і 663 K - ідхиляються від лінійних. Параметр нелінійності AYM/Y для температур ТО 643-633 K знаходиться у межах 1 %. Крім того, при T > 663 K відбуваються зміни у контактах, які погіршують їх характеристики, а при T < 623 K залежність Δr(t) втрачає монотонний характер. Тобто, основною температурою ТО є 643 K, для високочутливих термометрів вона може бути понижена до 633 K. Другий графік залежності приросту R від чутливості побудований для температури ТО 643 K і т = 1 год (рис.4,б).Він дозволяє вибрати час ТО для одержання необхідного приросту R. Наприклад, для термометра з чутливістю R77/R300 ~ 4,2 відпал протягом 1 години дає приріст ΔR = 50 Ом. При необхідності одержання другого приросту цей час пропорційно змінюють, наприклад, для ΔR=100 Ом - 2 години відпалу і т.п. Аналітичні залежності (3,4) відображають дані закономірності.
Додатково досліджували мікротвердість підданих термообробці елементів. Результати підтверджують структурні перетворення, які мають місце в матеріалі. Приріст мікротвердості після ТО міг досягати 1,5 109 Н/м2 (T = 643 K, т = 3 год). Крім того, для температур ТО ~ 643 K зміна Н(т) мала лінійний характер. Таким чином, використовуючи тільки один параметр - час ТО, можна звести характеристики термометрів в одну групу, проводити їх взаємозамінність з точністю до ±5 %. Є також можливість підвищення чутливості термометрів.