碳化矽生長選用紅外測溫

2020-10-25 寬禁帶聯盟

通常的溫度通過熱電偶就可以測量。常用的鉑銠、鎳鉻、銅鎳等熱電偶從-50-1600℃均可連續測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻）、最高可達2800℃（如鎢、錸）。


兩種不同導體（或半導體）形成閉合迴路，在不同溫度下，由於接觸點、長導體兩端會因為不同溫度而產生熱電效應，從而出現電勢差。這個電勢差可以反推溫度。根據熱電動勢與溫度的函數關係，製成熱電偶分度表；分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。


但是，碳化矽生長溫度較高，一般都是通過紅外探測。溫度在絕對零度以上的物體，都會因自身的原子、分子運動而輻射。通過探測輻射的波長及強度，可以反推對應的物體表面的溫度。再者可以做出表面溫度分布圖。


考慮最簡單的黑體輻射，熱平衡狀態下，紅外區域的直接使用經典的黑體輻射理論可以解釋：

不同的溫度、不同的波長可以測得不同的光強。


當然，準確的還是量子理論的，不但可以解釋紅外區，還可以解釋紫外區和X射線區的光譜：

當頻率趨於0或者溫度趨於∞，就簡化成經典的公式了。


自然界中存在的實際物體，幾乎都不是黑體。所有實際物體的輻射量除依賴於輻射波長及物體的溫度之外，還與構成物體的材料種類、製備方法、熱過程、表面狀態、環境條件等因素有關。因此，為使黑體輻射定律適用於所有實際物體，必須引入一個與材料性質及表面狀態有關的比例係數，即發射率。該係數表示實際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在零和小於1的數值之間。根據輻射定律，只要知道了材料的發射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。


選用測溫儀，要注意輻射路徑的吸收。因為可以測的範圍很廣，所以可以針對不同的吸收情況，選擇合適的波長。在高溫區，測量金屬材料的最佳波長是近紅外，可選用0.8～1.0um。其他溫區可選用1.6μm、2.2μm、3.9μm。在低溫測量應用中，通常用Ge或Si材料作為窗口，不透可見光，人眼不能通過窗口觀察目標。如操作員需要通過窗口目標，應採用既透紅外輻射又透過可見光的光學材料，如應採用既透紅外輻射又透過可見光的光學材料，如ZnSe或BaF2等作為窗口材料。


紅外測溫儀必須經過標定才能使它正確地顯示出被測目標的溫度。一般的紅外測溫的校準周期是一年，建議選用腔形，發射率達到0.995的黑體爐，才能準確的校準紅外測溫儀。


參考文獻

百度百科 紅外線測溫儀

費曼物理學講義 第41章 布朗運動

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