В.А.ГРИДЧИН,И.Г.НЕИЗВЕСТНЫЙ,В.Н.ШУМСКИЙ

ФИЗИКАМИКРОСИСТЕМ

Часть2

ТЕРМИЧЕСКИЕСЕНСОРЫСЕНСОРЫОПТИЧЕСКОГО

ИИНФРАКРАСНОГОИЗЛУЧЕНИЯ

НОВОСИБИРСК2006

4 Оглавление

УДК621.382:53(075.8)

Г836

РекомендованоУМО вузовРоссийскойФедерациипообразованиювобластирадиотехники,

электроники,биомедицинскойтехникииавтоматизациивкачествеучебногопособиядлястудентов

высшихучебныхзаведений,обучающихся поспециальности210104«Микроэлектроникаитвердотельнаяэлектроника»и201900«Микросистемнаятехника»

Рецензенты:

доктортехническихнаук,профессорВ.В.Лучинин,доктортехническихнаук,профессорБ.И.Селезнев

Гридчин,В.А.

Г836Физикамикросистем:учеб.пособие/В.А.Гридчин,И.Г.Неиз-вестный,В.Н.Шумский.–Новосибирск:Изд-воНГТУ,2006.–496с.–(«УчебникиНГТУ».Ч.2).

ISBN5-7782-0736-0

Книгапосвященафизическимосноваммикросистем–новомунаправле-ниютехники,котороеинтенсивноразвиваетсяпоследниедвадесятилетия.

Впервойчастиданноготомарассматриваютсяфизическиепринципыдей-

ствия,характеристикииконструкциитепловыхсенсоров,использующихэф-фекттермическогоразогреваилиохлаждения.Этоттипмикроэлектронныхсенсороввроссийскойучебнойлитературепоследовательнопрактическинерассмотрен.

Втораячастькнигипосвященасенсорамизлученияоптическогоиинфра-красногодиапазонов(фотонныхприемниковизлучения),вкоторыхпоявлениесигналасвязаносвозбуждениемэлектроновтвердоготела,гдеэффектыразо-греваиграютвторостепеннуюроль.Акцентсделаннасовременныхструкту-рах–оттепловизоровдоцифровыхфотокамер.

Учебноепособиеможетбытьполезнымдлястудентовстаршихкурсов,обучающихсяпоспециальностям«Микроэлектроникаитвердотельнаяэлек-троника»,«Микросистемнаятехника»,«Фотоникаиоптоинформатика»,атак-жеаспирантамиинженерам.

УДК621.382:53(075.8)

ISBN5-7782-0736-0 В.А.Гридчин,И.Г.НеизвестныйВ.Н.Шумский,2006

Новосибирскийгосударственныйтехническийуниверситет,2006

Оглавление ₅

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие.................................................................................................. 9

Введение......................................................................................................... 11

Литература.................................................................................................... 16

Глава1.Температурныеполявтермическихсенсорах........................ 17

Введение.............................................................................................. 17

1.1.Теплотаитемпература............................................................... 18

1.2.Способытеплопередачи:теплопроводность........................... 23

1.2.1.Уравнениетеплопроводности........................................... 24

1.2.2.Теплопроводностьгазов.................................................... 29

1.2.3.Теплопроводностьитеплоемкостьтвердыхтел............. 34

1.2.4.Теплопроводностьжидкостей.......................................... 39

1.3.Радиационныйспособ теплопередачи..................................... 39

1.3.1.Основныепонятияизаконы............................................. 40

2. Радиационныйтеплообменмеждутвердымителами,разделеннымипрозрачнойсредой.................................... 45

3. Теплообменмеждудвумятелами,одноизкоторыхна-

ходитсявполостидругого................................................ 46

1.4.Конвективныйтеплообмен........................................................ 48

Введение........................................................................................ 48

1. Основныеособенностиконвективноготеплообмена...... 49

2. Основныеуравненияконвективноготеплообмена.......... 54

3. Критериитеорииподобиявконвективномтеплообмене 56

4. Вынужденнаяконвекциядляплоскойповерхности........ 60

5. Теплообменвусловияхестественнойконвекции............ 66

6. Естественнаяконвекциявограниченномпространстве 68

7. Примеррасчетаконвективноготеплообмена................... 71

5. Стационарныетемпературныеполявэлементахтермиче-

скихсенсоровиактюаторов...................................................... 74

1. Распределениетемпературывмногослойнойплоскойпластине............................................................................... 74

2. Передачатеплачерезстенкуотодноготеплоносителякдругому................................................................................ 76

5. Электростатическаяаналогияуравнениятеплопроводности.. 78

6. Температурноеполевинтегральнойконсольнойбалочке...... 82

7. Стационарноетемпературноеполевкруглойдиафрагме....... 87

Введение........................................................................................ 87

1.8.1.Однородныйнагрев............................................................ 89

1.8.2.Точечныйисточниктепла.................................................. 91

5. Температурнаядинамикаэлементовтермическихсенсоров... 93

   1. Решениенаосновеэлектростатическойаналогии........... 94

   2. Аналитическоерешениедлятеплообмена........................ 97

Заключение 102

Литература 103