ارزیابی ساخت حسگر دمایی بر اساس پوشش لایه ی نانو ساختار مواد ترموالکتریک

vمواد ترموالکتریک به طور گسترده¬ای مورد بررسی قرارگرفته و در انواع سیستم¬هایی مانند سرد کننده¬ها بر پایه مواد حالت جامد، نشانگرهای مادون قرمز و مولدهای برق استفاده شده است. امروزه حسگرهای دمایی مختلفی در دسترس است که قادرند دما را از راه دور (نه به صورت لمسی) و با هزینه سیستمی بسیار اندک بسنجند. هدف این پایان نامه بررسی تکنولوژی و ساخت حسگر دمایی بر پایه-ی لایه نازک ماده¬ی ترموالکتریک با تعداد سلول¬ها (متشکل ازجفت المان نوع n وp ) و ضخامت لایه¬ی ترموالکتریک است. در گستره¬ی باریک¬ دمایی، به عنوان مثال برای اختلاف دمایی بدن انسان سالم و ناسالم به دقت 0.1 k گزارش شده است. مواد ترموالکتریک و مواد نیمرسانا با گاف انرژی باریک، این قابلیت را دارند که با لایه نشانی بر روی یک زیرلایه، تحرک پذیری و چگالی حامل بار مناسبی را برای حسگرها داشته باشند. در سامانه¬ی حسگر ترموالکتریک با اعمال گرادیان دمایی، در دو طرف آن شاهد پیدایش زوج الکترون-حفره درون ماده¬ی ترموالکتریک که عامل جاری شدن جریان از قسمت گرم به قسمت سرد است خواهیم بود؛ با این شرح، گرادیان دمایی در دو طرف حسگرِ ترموالکتریک باعث ایجاد جریان الکتریکی در مدار بسته شده و با ثبت مقادیر این جریان¬ها به ازای هر اختلاف دمایی، عمل حس دما انجام می¬شود. این سامانه¬ی ترموالکتریک از دو نیمرسانای نوع n وp ، به ترتیب از آلیاژهای و تشکیل شده است. قابل ذکر است که، عددشایستگی ترموالکتریک مواد با استفاده از لایه¬نازک آنها افزایش می¬یابد. همچنین تحقیقات در زمینه قطعات ترموالکتریک و کاربرد آنها نشان داده که آلیاژهای نوع p: و نوع n: ماده¬های نیمرسانای مناسبی با ضریب بهره¬ی (عدد شایستگی) ترموالکتریکی بالا برای قطعات ترموالکتریکی می¬باشند. نشستِ ماده¬ی ترموالکتریک با روش تبخیر حرارتی (باریکه¬ی الکترونی) صورت گرفت و ضمن سنجش اختلاف دمای حس شده توسط حسگرها با استفاده از آمپلی¬فایر با محدوده¬ی دینامیکی وسیع(با دقت 0.1 na)، آنالیز¬های afm، xrd و four point probe، نیز بر روی این لایه¬ی نانوساختار انجام شد. همانطور که اشاره شد، ساخت حسگر ترموالکتریک و عملکرد آن، از دو جنبه¬یِ اثر تعداد سلول و ضخامت بصورت جداگانه مورد بررسی قرار گرفت، که توانایی حس اختلاف دما در حدود 0.014 k برای حسگر 25 سلولی(بصورت المان¬های 6×4 ترموالکتریکی) حاصل شد، همچنین مشخص گردید که با کاهش ضخامت لایه¬ی ترموالکتریک از 450 به 50 نانومتر (که 50 نانومتر بهینه بنظر رسید) قابلیت حسگر برای ضخامت¬های کمتر، افزایش می¬یابد.