專利名稱：：金和鎳摻雜單晶硅片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種金和鎳摻雜單晶硅片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻及其制備方法，屬于信息領(lǐng)域的傳感器技術(shù)的熱敏電阻領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：由于表面安裝技術(shù)(SMT)的迅速發(fā)展。以往當(dāng)作異型元件處理的元件群也逐漸發(fā)展為表面安裝元件(SMD),對其技術(shù)上的重新認(rèn)識就成為迫在眉睫的工作。由于熱敏電阻具有測溫精度高、互換性好、可靠性高等特點(diǎn)，在溫度測量、控制、補(bǔ)償?shù)确矫鎽?yīng)用十分廣泛。目前，熱敏電阻在整個(gè)溫敏器件領(lǐng)域己經(jīng)占據(jù)40%以上的市場份額，隨著智能化儀器儀表對高精度熱敏器件需求的日益擴(kuò)大，以及手持電話、掌上電腦(PersonalDigitalAssistants,PDA)、筆記本電腦和其它便攜式信息及通信設(shè)備的迅速普及，進(jìn)一步帶動(dòng)了溫度傳感器和熱敏電阻的大量需求。作為溫度補(bǔ)償、電子元器件及電路保護(hù)用的片式熱敏電阻國內(nèi)僅少數(shù)幾家公司試生產(chǎn)，品種數(shù)量和性能與國外相比差距甚大。高B/低阻的片式熱敏電阻由于靈敏度高，在浪涌保護(hù)電路和補(bǔ)償電路中等大量使用，但迄今為止，國內(nèi)外的片式熱敏電阻均采用過渡金屬氧化物的多層結(jié)構(gòu)(與片式電容結(jié)構(gòu)相同)。由于氧化物半導(dǎo)體的性質(zhì)——低電阻率伴隨著低B值，若要進(jìn)一步降低阻值或者提高B值，多層結(jié)構(gòu)將遇到不可克服的困難。而且多層結(jié)構(gòu)采用流延工藝，由于內(nèi)電極的滲透問題，端電極的延伸問題以及材料多孔性導(dǎo)致的瓷體機(jī)械強(qiáng)度差的問題成為片式熱敏電阻制造的障礙。摻有深能級雜質(zhì)的補(bǔ)償硅半導(dǎo)體，其電阻率對溫度有程度不同的敏感性，其靈敏系數(shù)B值與深能級雜質(zhì)的能級位置和摻雜濃度有關(guān)，這樣就有可能通過選擇適當(dāng)?shù)膿诫s雜質(zhì)和濃度得到高B值材料。相同材料系數(shù)B值的補(bǔ)償硅熱敏材料的電阻率要比氧化物材料的小得多，這樣就能制造出高B值低阻值的單晶硅片式熱敏電阻元件。目前利用單晶硅高溫?cái)U(kuò)散金和鎳兩種雜質(zhì)的方法研制單晶硅片式熱敏電阻還沒有相關(guān)的技術(shù)報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，研制一種金和鎳摻雜單晶硅片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，該熱敏電阻采用幵管涂源高溫?cái)U(kuò)散方法，用金和鎳的金屬鹽作為擴(kuò)散源，高溫條件下擴(kuò)散進(jìn)入n型單晶硅中，利用深能級雜質(zhì)金和鎳在硅中形成的補(bǔ)償特性制成單晶硅熱敏材料，再通過表面化學(xué)鍍鎳、劃片、沾銀，制成單晶硅片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。本發(fā)明所述的金和鎳慘雜單晶硅片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的制備方法，采用開管涂源高溫?cái)U(kuò)散的方法，具體操作按下列步驟進(jìn)行a、采用n型單晶硅片，用80目金剛砂將兩面磨平、磨光，在去離子水中超聲去沙5min，在丙酮中超聲去油5min,用洗液煮沸15分鐘，再用冷熱去離子水清洗3-5次，最后用丙酮脫水待用；b、將清洗好的硅片平放在濾紙上，采用NiCl26H20濃度為2.1X10_4mol/ml的溶液和AuCl3HC14H20濃度為1.2X10-4mol/ml的溶液按體積比3:1的比例混合后滴在硅片的表面上，在紅外燈下烘干至表面成均勻白色結(jié)晶狀，在恒溫環(huán)境下高溫?cái)U(kuò)散，擴(kuò)散溫度為900一100(TC，時(shí)間為4一6小時(shí)；c、對擴(kuò)散好的硅片，表面用20目碳化硼把硅片表面打磨掉20um，用去離子水超聲清洗，丙酮去油；d、化學(xué)鍍鎳，在高精度劃片機(jī)上劃片，劃片后的芯片在沾銀機(jī)上沾銀，即可制成金和鎳摻雜單晶硅片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。步驟a單晶硅為n型直拉單晶硅，晶面為(111)面，電阻率的徑向分布《±5%。步驟a中所用洗液為氨水、過氧化氫和去離子水，其配比為l:2.-5。步驟d制備銀電極所使用的銀漿為還原溫度60(TC的低溫銀漿。本發(fā)明所述的金和鎳摻雜單晶硅片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，該電阻所用硅熱敏功能材料以單晶硅半導(dǎo)體為基礎(chǔ)，摻雜金和鎳金屬原子，形成深能級俘獲中心，使材料產(chǎn)生熱敏特性。經(jīng)過嚴(yán)格控制摻雜原子在硅中的濃度及其分布，易于實(shí)現(xiàn)用氧化物陶瓷熱敏材料難以實(shí)現(xiàn)的高B值低阻值元件，并提高熱敏材料和元件的一致性、重復(fù)性、穩(wěn)定性。本發(fā)明的主要技術(shù)是將過渡族金屬元素金和鎳摻入n型單晶硅中，形成深能級施主復(fù)合中心，制成硅單晶熱敏材料。然后用高精度的劃片機(jī)進(jìn)行劃片，在硅芯片兩端制作電極，制成金和鎳摻雜單晶硅片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。本發(fā)明所述的片式單晶硅負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻具有以下特點(diǎn)1、運(yùn)用了多重?fù)诫s技術(shù)，以在硅中可形成深能級的過渡族金屬作為摻雜劑，摻入n型單晶硅中，單一摻雜金所得材料電阻率較大，一致性較好，B值較高；而單一摻雜鎳的材料電阻率較低，由于鎳替位擴(kuò)散和填隙擴(kuò)散同時(shí)存在的影響，材料的一致性較差，按照一定比例對硅材料摻入深能級雜質(zhì)金和鎳，金原子占據(jù)了硅材料中的空位，抑制了替位式鎳原子產(chǎn)生，鎳原子以填隙的方式分布于硅材料中，金和鎳形成的深能級復(fù)合中心在溫度升高的時(shí)候都會釋放電子，使晶體中電子濃度升高，電阻率下降，產(chǎn)生熱敏特性，從而保證了具有低電阻率的同時(shí)又保持電阻率和B值的一致性。2、采用了高溫涂源擴(kuò)散工藝，可直接通過向單晶硅材料中擴(kuò)散過渡金屬元素得到高B/低阻熱敏電阻，其工藝相對簡單，制成元件的成本將低于氧化物陶瓷材料熱敏電阻元件。3、單晶硅和金屬電極的歐姆接觸，先對硅片表面化學(xué)鍍鎳，劃片后對芯片沾銀，這樣鎳和硅已經(jīng)形成歐姆接觸，而鎳和銀都是金屬，它們之間也是歐姆接觸，這樣借助于中間化學(xué)鍍鎳層實(shí)現(xiàn)了硅晶體和電極間比較好的歐姆接觸。采用本發(fā)明所述方法制成的金和鎳摻雜單晶硅片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，其尺寸規(guī)格為0805的電阻，25t:電阻值0.5-180kQ，材料常數(shù)(B值)為4700-6000k;尺寸規(guī)格為0603的電阻，25'C電阻值1.5-220kQ，材料常數(shù)(B值)為4750-6000k。該方法也適用于1206、0402、0201等其它尺寸規(guī)格的金和鎳摻雜單晶硅片式熱敏電阻的制備。圖1為本發(fā)明金鎳摻雜單晶硅片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的剖面圖其中l(wèi)為硅芯片，2為鍍鎳層，3為外層銀電極。具體實(shí)施方式實(shí)施例1采用電阻率為1Q'cm的n型直拉單晶硅片，晶面為(111)面，電阻率的徑向分布《±5%，用80目金剛砂將兩面磨平、磨光，在去離子水中超聲去沙5min，在丙酮中超聲去油5min，用以氨水、過氧化氫和去離子水按照1:2:5的配比配成的洗液煮沸15分鐘，再用冷熱去離子水清洗3-5次，最后用丙酮脫水待用；將清洗好的硅片平放在濾紙上，采用NiCl26H20濃度為2.IXlO—W/ml的溶液和AuCl3HC14H20濃度為1.2Xl(T4mol/ml的溶液按體積比3:1的比例混合后滴在硅片的表面上，在紅外燈下烘干至表面成均勻白色結(jié)晶狀，在恒溫環(huán)境下高溫?cái)U(kuò)散，擴(kuò)散溫度為900°C，時(shí)間為4小時(shí)；對擴(kuò)散好的硅片，表面用20目碳化硼把硅片表面打磨掉20mn表面的金屬離子高濃層，用去離子水超聲清洗，丙酮去油；化學(xué)鍍鎳，在55(TC下恒溫15rain，然后自然降溫，使鎳和硅形成良好的歐姆接觸；在高精度劃片機(jī)上按0805規(guī)格劃片，劃片后的芯片在沾銀機(jī)上用還原溫度為60(TC銀漿制備銀電極，即可得到金和鎳摻雜單晶硅片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。在恒溫油槽恒中測試元件電阻與溫度之間的關(guān)系，測試顯示25'C時(shí)電阻值為1050Q，B值為5240k。其它實(shí)施例用表表示<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1、一種金和鎳摻雜單晶硅片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，其特征在于該熱敏電阻是用金和鎳的金屬鹽作為擴(kuò)散源，摻入n型單晶硅中，利用深能級雜質(zhì)在硅中形成的補(bǔ)償特性制成單晶硅熱敏材料，再通過表面化學(xué)鍍鎳電極、劃片和沾銀制成單晶硅片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。2、根據(jù)權(quán)利1所述的金和鎳慘雜單晶硅片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的制備方法，其特征在于采用開管涂源高溫?cái)U(kuò)散的方法，具體操作按下列步驟進(jìn)行a、采用n型單晶硅片，用80目金剛砂將兩面磨平、磨光，在去離子水中超聲去沙5min，在丙酮中超聲去油5min，用洗液煮沸15分鐘，再用冷熱去離子水清洗3-5次，最后用丙酮脫水待用；b、將清洗好的硅片平放在濾紙上，采用NiCl26H20濃度為2.1XlO—W/ml的溶液禾口AuCl3HC14H20濃度為1.2X1(Tmol/ml的溶液按體積比3:1的比例混合后滴在硅片的表面上，在紅外燈下烘干至表面成均勻白色結(jié)晶狀，在恒溫環(huán)境下高溫?cái)U(kuò)散，擴(kuò)散溫度為900一100(TC，時(shí)間為4一6小時(shí)；c、對擴(kuò)散好的硅片，表面用20目碳化硼把硅片表面打磨掉20um，用去離子水超聲清洗，丙酮去油；d、化學(xué)鍍鎳，在550。C下恒溫15min，然后自然降溫，使鎳和硅形成良好的歐姆接觸，在高精度劃片機(jī)上劃片，劃片后的芯片在沾銀機(jī)上沾銀，即可制成金和鎳摻雜單晶硅片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟a單晶硅為n型直拉單晶硅，晶面為(111)面，電阻率的徑向分布《±5%。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟a中所用洗液為氨水、過氧化氫和去離子水，其配比為1:2:5。5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟d制備銀電極所使用的銀漿為還原溫度60(TC的低溫銀漿。全文摘要本發(fā)明涉及金和鎳摻雜單晶硅片式熱敏電阻，該熱敏電阻采用涂源高溫?cái)U(kuò)散方法，將過渡金屬元素金和鎳作為摻雜劑，摻入n型單晶硅中，利用金和鎳在n型單晶硅中的電補(bǔ)償性質(zhì)，制備出負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料，然后在精密劃片機(jī)上劃片，芯片兩端制作電極，其電極采用鎳、銀兩層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了硅晶體和電極之間的歐姆接觸。所用硅熱敏功能材料以單晶硅半導(dǎo)體為基礎(chǔ)，摻雜金和鎳金屬原子，形成深能級俘獲中心，使材料產(chǎn)生熱敏特性，經(jīng)過嚴(yán)格控制摻雜原子在硅中的濃度及其分布，易于實(shí)現(xiàn)用氧化物陶瓷熱敏材料難以實(shí)現(xiàn)的高B值低阻值元件，并提高熱敏材料和元件的一致性、重復(fù)性、穩(wěn)定性。文檔編號H01C17/00GK101399106SQ20081007297公開日2009年4月1日申請日期2008年10月15日優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日發(fā)明者叢秀云,王軍華,范艷偉,董茂進(jìn),陳朝陽,陶明德申請人:中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所