锗温度计接触电阻及相关温度标定系统研究

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超导重力仪器具有固有噪声低、稳定性好、灵敏度高等优势,作为重力信号测量科学仪器已被应用于地球动力学研究、灾害预警等领域。超导重力仪器的核心探头浸没在杜瓦内4.2K液氦池,由于仪器的测量集中在低频段,而液氦温度波动会限制仪器的测量精度,所以高精度温度测量与控制意义重大。锗电阻温度计相较于其他低温温度计而言具有灵敏度高、稳定性好等特点,是课题组低温实验中温度测量与控制的首选温度计。但目前,由国内外均采购不到高精度锗电阻温度计以及无相关温度计能够取代其在超导重力仪器中的应用,因此锗温度计研制工作迫在眉睫。本文内容旨在降低锗电阻温度计制备过程中锗与金属接触界面存在的接触势垒,同时利用实验室的低温平台搭建了4.106~4.367K温区的低温温度计标定系统。本论文采取插入TiO2超薄介质层的方式降低锗与金属间的接触势垒。首先我们理论分析了势垒对锗电阻温度计的金属-锗接触影响,其次分析对比了降低势垒的方法,择优选择插入介质层TiO2的方式对掺锑的n型锗样品进行了工艺加工,最后根据圆点测试模型以及结合使用B1500A半导体器件分析系统、探针台等仪器设备对样品完成了比接触电阻率的测试,实验结果为ρc=3.61×10-6Ω·cm~2。液氦饱和蒸气压是液氦温度的单值函数,蒸气压的变化即可反应温度变化,基于此原理搭建了低温温度计标定系统。系统主要由液氦杜瓦、压力传感器、压力控制器、电动调节阀门、真空及回收装置等组成。通过压力控制器设置目标压力值和调节Gain、Phase Lead参数等操作控制流经电动阀门的液氦流量,进一步实现系统对温度计的标定功能。标定系统的测试结果是:在90~115KPa范围内,可以对目标压力值进行最小2Torr的调节和控制,液氦蒸气压波动可被控制在10Pa以内,液氦温度稳定在1m K以内。标定系统可以对低温温度计进行4.106~4.367K温区的温度标定。
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