压缩热效应对单晶硅密度测量的影响

钟家栋, 孙 斌, 赵玉晓, 马鑫钰, 张竟月, 张殿龙

(1.中国计量大学, 浙江 杭州 310000; 2.中国计量科学研究院, 北京 100029)

1 引 言

密度的精准测量对国民经济和国防科研的发展有重要影响[1,2],单晶硅球作为密度的量传基准,对其进行高精度的测量十分关键。固体基准单晶硅球体的密度测量主要分为绝对测量法与相对测量法[3]。绝对测量法是指使用非接触相移干涉法测量单晶硅球体积,然后使用载有质量副基准的真空比较器测量单晶硅球的质量,从而计算其密度值,对密度的绝对测量其实就是对质量和长度的绝对测量。单晶硅球体密度绝对测量法测量精度高,但是存在仪器昂贵、实验周期长等缺点[4]。相对测量法主要是指液体静力称重法、磁力称重法和稳态悬浮法,通过和一个已知密度的标准单晶硅球体进行比较,进而计算待测单晶硅球的密度[4]。该类方法比绝对测量法更容易实现,是绝对测量法的重要补充,对单晶硅球体密度实现等精度的量值传递。在液体静力称重法中,由于液体表面张力的影响,密度量值传递的准确度受到限制,难以提高密度量传的准确性[5]。磁力称重法为了消除直接称量带来的液体表面张力[5,6],使用非接触的磁力称重,但是由于壳体和工作液体的磁效应,目前测量不确定度只有5×10-6。稳态悬浮法是将待测固体浸没于液体中,通过调节液体的成分、温度以及压强来使得待测固体稳态悬浮于液体中,通过此时待测固体所受重力与浮力间的平衡来计算固体密度[7]。……