Modeling of thermometric characteristics of thermodiode sensors by using the dimensionless sensitivity

• Published in: Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics
• Date: 2020
• Main Author: Smertenko, P.S.
• Format: Article
• Language: English
• Published: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2020
• Subjects: Sensors
• Online Access: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/215905
• Journal Title: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Cite this: Modeling of thermometric characteristics of thermodiode sensors by using the dimensionless sensitivity / P.S. Smertenko // Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics. — 2020. — Т. 23, № 4. — С. 437-441. — Бібліогр.: 15 назв. — англ.

Dimensionless sensitivity and slope of its characteristic in the forms α = d(log V)/d(log T) and γ = d(log α)/d(log T) have been proposed as a base for modeling of thermometric characteristics V(T). The differential analysis of V(T) curves within the range from 4.2 up to 400 K by numerical differentiation has allowed obtaining the analytical approximation in the form V(T) = ATᵅexp[-BTᵞ¹(1+CTᵞ²)], where A, B, and C are the constants depending on physical parameters of the thermodiode silicon sensor. This approach is useful both for the analysis of these characteristics as well as for modeling and determining an approximating function by finding out the regions where power-like or exponential dependences are adequate expressions to describe the thermometric characteristic sections. In contrast to the known methods, one should not know beforehand the function that describes the process or the characteristic. It permits elucidating fine peculiarities of thermometric characteristics and achieving high accuracy of modeling by using the analytical expressions. In view of the practical purposes, the thermometric characteristics are approximated within the three temperature ranges. The errors of approximation do not exceed ±0.02%, ±0.2%, and ±0.4% within the temperature ranges 4.2…40 K, 40…170 K and 170…400 K, respectively. Безрозмірна чутливість та нахил її характеристики у формі α = d(log V)/d(log T) та γ = d(log α)/d(log T) пропонуються як основа для моделювання термометричних характеристик V(T). За допомогою аналізу кривих V(T) у діапазоні від 4,2 K до 400 K методом чисельного диференціювання отримано аналітичне наближення у вигляді V(T) = ATᵅexp[-BTᵞ¹(1+CTᵞ²)], де A, B і C – константи, що залежать від фізичних параметрів термодіодного кремнієвого датчика. Цей підхід корисний як для аналізу цих характеристик, так і для моделювання та знаходження апроксимуючої функції шляхом визначення областей, де степеневі або експоненціальні залежності є адекватними виразами для опису окремих діапазонів термометричних характеристик. На відміну від відомих методів, не слід заздалегідь знати функцію, яка описує процес, або характеристику. Це дозволяє з’ясувати тонкі особливості термометричних характеристик та досягти високої точності моделювання за допомогою аналітичних виразів. З огляду на практичні цілі, термометричні характеристики наближені до трьох температурних діапазонів. Похибки апроксимації не перевищують 0,02%, 0,2% та 0,4% в межах температурних діапазонів 4,2… 40 K, 40… 170 K та 170… 400 K відповідно.