專利名稱:摻金、摻鉑單晶硅互換熱敏電阻及其制作方法
本發(fā)明屬于溫度敏感器的技術(shù)領(lǐng)域：
。
用在單晶硅中摻深能級(jí)雜質(zhì)的方法制得的單晶熱敏電阻，其電阻-溫度特性的一致性較氧化物半導(dǎo)體熱敏電阻有很大改善，可以較好地滿足使用中的互換性要求，得到日益廣泛的應(yīng)用。
日本東京芝浦電氣株式會(huì)社曾提出過(guò)一種硅單晶熱敏電阻的制作方法(日本特許昭58-32481)。他們采用在P型或N型硅單晶中摻入金雜質(zhì)的方法，制得了具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，其B值為4900K，30℃時(shí)的阻值的偏差分布小于±0.5%，但最低的使用溫度只達(dá)到-20℃，而且并不是可以互換的。關(guān)于對(duì)互換性能起主要影響的B值的離散情況，在此專利文獻(xiàn)公開(kāi)中沒(méi)有給出結(jié)果。根據(jù)日本東京電子冶金研究所提供的硅熱敏電阻的產(chǎn)品廣告介紹，該產(chǎn)品使用溫區(qū)為-30℃～100℃，B值的偏差分布為±2～3%，25℃時(shí)阻值的偏差分布為±2%，這反映出目前的硅單晶熱敏電阻的主要性能指標(biāo)。
為了滿足溫度測(cè)量?jī)x表提出的熱敏電阻的互換性要求和制作在較寬溫區(qū)中具有線性輸出的線性組件的需要，希望得到B值在4000K或更低一些的硅單晶熱敏電阻，同時(shí)，其B值的偏差分布要求比現(xiàn)有的產(chǎn)品更小。而本發(fā)明的目的，就是提供一種在P型單晶硅中摻金、摻鉑的方法，從而得到B值為3850K，使用溫區(qū)為-50℃～100℃的單晶硅互換熱敏電阻，它的B值的偏差分布小于±0.3%，在25℃時(shí)阻值的偏差分布小于±0.3%，以滿足較高精度的互換性要求。
本發(fā)明所提供的熱敏電阻，是在P型硅單晶中同時(shí)摻入金和鉑兩種雜質(zhì)，使禁帶中出現(xiàn)距價(jià)帶頂0.30ev的鉑施主能級(jí)、0.35ev的金施主能級(jí)和0.36ev的鉑受主能級(jí)。當(dāng)這些能級(jí)的濃度比單晶中原有的淺受主濃度大很多時(shí)，由于這些能級(jí)的補(bǔ)償作用，材料呈現(xiàn)負(fù)溫度特性，其B值為3850K左右。在P型硅單晶中同時(shí)摻入金和鉑的方法主要采用擴(kuò)散的方法，即選用高阻率的P型硅單晶作襯底，首先在1200℃下擴(kuò)散鉑，使鉑的濃度達(dá)到1×1014cm3以上，然后在800℃～1200℃中某一溫度下擴(kuò)散金，使單晶硅達(dá)到符合要求的電阻率。擴(kuò)散金的溫度越高，得到的電阻率越高。在不同的摻金溫度下，其B值可以在3800K～3900K之間調(diào)整;經(jīng)過(guò)兩次擴(kuò)散的硅單晶，并被切成1mm×1mm的芯片制成的熱敏電阻，它的室溫電阻值可以在幾百歐姆至幾十千歐姆之間調(diào)整。
附圖1為摻金、摻鉑單晶硅互換熱敏電阻的外形結(jié)構(gòu)示意圖。其中，芯片(1)的兩面電極(2)可用化學(xué)鍍鎳的方法制成。引線(4)為0.2mm的鍍銀銅線，用焊錫(3)焊在電極(2)上。整個(gè)芯片用環(huán)氧樹(shù)脂(5)密封。利用以上所述的方法制成的熱敏電阻的電阻溫度特性可參見(jiàn)附圖2。圖中的縱坐標(biāo)(對(duì)數(shù)坐標(biāo))是熱敏電阻的阻值R，單位是歐姆(Ω)。圖2下方的橫坐標(biāo)是絕對(duì)溫度的倒數(shù)(1000×1/T)，圖2上方的橫坐標(biāo)上標(biāo)出了相對(duì)應(yīng)的攝氏溫度值。如圖2所示，在-50℃～100℃溫區(qū)范圍內(nèi)，它完全滿足R＝R0EXP(B/T)的指數(shù)關(guān)系，B值在3850K左右;批量元件B值的偏差分布小于±0.3%;25℃阻值的偏差分布小于±0.3%;-50℃～100℃溫區(qū)內(nèi)不同的電阻元件在同一溫度點(diǎn)的阻值的偏差分布不大于±2%，可以達(dá)到批量互換的要求，同時(shí)，電阻元件經(jīng)過(guò)1000小時(shí)，100℃高溫老化后，其阻值偏差小于±0.5%，時(shí)間常數(shù)為1.5～5(秒)耗散系數(shù)達(dá)1.5～2.5(毫瓦/℃)，而且這種電阻易于制做、成本低廉、廣泛適用于醫(yī)療儀器、食品工業(yè)、家用電器等行業(yè)的測(cè)溫、控溫等實(shí)用技術(shù)領(lǐng)域：
，由于該電阻元件的B值適中，互換性好，所以它是配制具有線性輸出的線性組件的理想元件。
實(shí)施例。采用電阻率為148歐姆·厘米的P型硅單晶，切成0.3毫米厚的晶片，經(jīng)打磨、清洗后，在1200℃下涂源擴(kuò)鉑6個(gè)小時(shí);鉑源用光譜純的氯鉑酸和優(yōu)級(jí)純酒精按5克95毫升的比例配成。擴(kuò)散后的晶片用氫氟酸除去硅片表面的氧化層，再在1200℃下涂源擴(kuò)金2小時(shí);金源用光譜純的氯化金和優(yōu)級(jí)純的酒精按5克95毫升的比例配制而成。二次擴(kuò)散后的晶片經(jīng)過(guò)去除氧化層后，進(jìn)行化學(xué)鍍鎳;鍍鎳液的配方為氯化鎳30克、次亞磷酸鈉10克、氯化銨50克、檸檬酸銨65克、去離子水1000克。最后把晶片劃成1毫米×1毫米的芯片，在芯片的兩面錫焊上φ0.2毫米的鍍銀銅線;在100℃下老化800小時(shí)，經(jīng)機(jī)械調(diào)阻后得到25℃時(shí)阻值為5.60KΩ的元件。封裝時(shí)，先涂一層PPS膠(組份148%、組份252%)，再用環(huán)氧樹(shù)脂密封。環(huán)氧樹(shù)脂按ESI∶多乙烯多胺＝10克∶0.9克的比例配制，并加入1%的氧化鋁粉和適量色料做填料。這樣制得的元件經(jīng)各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試均能達(dá)到前面提出的指標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種單晶硅互換熱敏電阻及其制作方法，其主要特征在于它是一種采用P型單晶硅作基片，經(jīng)過(guò)高溫?cái)U(kuò)散摻入鉑和金兩種雜質(zhì)，使單晶硅的電阻率呈現(xiàn)負(fù)的溫度特性，其B值為3850K，B值的偏差分布小于±0.3%的摻金、摻鉑單晶硅互換熱敏電阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的摻金、摻鉑單晶硅互換熱敏電阻，其特征在于它的摻金溫度在800℃～1200℃之間時(shí)其B值可以在3800K～3900K之間，25℃時(shí)阻值可以在幾百歐姆到幾十千歐姆之間，通過(guò)機(jī)械調(diào)阻后，其電阻在25℃阻值偏差分布小于±0.3%。
專利摘要
本發(fā)明提供一種摻金、摻鉑單晶硅互換熱敏電阻及其制作方法，屬于溫度敏感器技術(shù)領(lǐng)域：
。它主要采用在P型單晶硅中摻入金、鉑兩種雜質(zhì)的方法，使電阻呈現(xiàn)負(fù)溫度特性，其B值為3850K，B值的偏差分布小于±0.3％，使用溫區(qū)為-50℃～100℃之間。由于該電阻元件的B值適中，互換性能好，又易制作，成本低廉，不失為一種用于配制具有線性輸出的線性組件的理想元件。并可廣泛適用于醫(yī)療儀器、食品工業(yè)、家用電器等行業(yè)的測(cè)溫、控溫等實(shí)用技術(shù)領(lǐng)域：
。
文檔編號(hào)G01K7/16GK87103486SQ87103486
公開(kāi)日1988年1月13日 申請(qǐng)日期1987年5月7日
發(fā)明者韋風(fēng)輝, 李國(guó)華, 柳培立 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院新疆物理研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan