專利名稱：半導(dǎo)體熱件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體熱源技術(shù)，特別是關(guān)于一種半導(dǎo)體熱件的制造方法。
隨著半導(dǎo)體工業(yè)及電熱技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是電熱膜技術(shù)的掘起，其電熱原件發(fā)熱時無明火，使用安全、熱慣性小便于恒溫控制、電熱轉(zhuǎn)換效率高，從而獲得廣泛應(yīng)用。如PTC(電熱陶瓷)是將某些元素的化合物(如硫酸鈉、鈦酸鋇等)與瓷粉等耐熱材料混合成型，在窯爐中焙燒而成，其導(dǎo)電特性為正溫度系數(shù)，電阻隨溫度升高而增大，達(dá)到居里溫度時突增而達(dá)到控溫，在300℃以下使用。又如DZR(電子電熱處理)，是采用導(dǎo)電材料加無機(jī)或有機(jī)成膜劑間接噴涂在耐高溫絕緣體的表面上，經(jīng)燒結(jié)而形成微觀網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電涂層。CN1034107A(申請?zhí)?8100015.9)提供的DZR技術(shù)是用Sncl4·5H2O溶于有機(jī)溶劑中，加入還原劑(Sbcl3，NH4F，CF2COOF等任選一種)使其游離在350～550℃高溫空氣中分解和還原成該種半導(dǎo)體的二價，一價氧化物和分子混合物(例SnO2+SnO+Sn)滲鍍進(jìn)耐高溫絕緣體而成，專利上還提出用疊加的辦法制造大功率電熱轉(zhuǎn)換體。PTC在通電后表現(xiàn)為整體帶電，不能制成容器直接裝置液體加熱;而目前的DZR技術(shù)處理工藝較為落后、成品的可靠與一致性較差，不能保持高透光度，且使用溫度受到限(300℃以下)。
本發(fā)明的目的是選用能形成高溫輻射半導(dǎo)體的元素及其化合物采用電動噴射、霧化擴(kuò)散、離子濺射等新工藝制備大面積的輻射層，其熱效率高、透明度高，并可在超過300℃的溫度下使用。
本發(fā)明根據(jù)晶格缺陷理論，嚴(yán)格選擇半導(dǎo)體元素的禁帶寬度，調(diào)整原子的附加能級，在一定熱場條件下，使之形在原子間的離子鍵和共價鍵結(jié)合，然后使輻射層晶格有序化，即可獲化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性均好的半導(dǎo)體高溫面輻射層。
半導(dǎo)體熱件制造工藝如附圖
所示，分為基體凈化、擴(kuò)散源配制、擴(kuò)散參雜處理與后處理四個步驟(1)基體凈化?；w可以是玻璃、搪瓷、陶瓷、耐溫橡膠、耐溫塑料、各種層壓材料以及云母、石英等耐溫絕緣材料。玻璃、搪瓷、陶瓷先用洗滌劑和清潔水洗去表面污物，再用無離子水洗凈，必要時需用5%的HF或10～20%KOH(或NaOH)溶液處理，然后用無離子水和無水乙醇二次凈化，呈中性后進(jìn)行干燥。耐溫橡膠，耐溫塑料及層壓耐溫絕緣材料采用除塵凈化法處理。凈化最好在超凈條件下操作。
(2)擴(kuò)散源配制。使用的原料品種的配方為鹵化錫(SnXn，X＝cl，Br;n＝2，4) 60.0～99.0%鹵化鎂(MgX2，X＝cl，Br) 0.0～2.0%鹵化鈦(TiXn，X＝cl，Br;n＝2，4) 0.0～2.0%鹵化亞鐵(FeX2，X＝cl，Br) 0.0～2.0%鹵化銻(SbXn X＝cl，Br;n＝3，4) 0.0～2.0%正硅酸乙酯(C2H5O)4Si 0.0～30.0%鹵化硼(BX3，X＝cl，Br) 0.0～2.0%鹵化鉻(CrX3，X＝cl，Br) 0.0～2.0%碳酸鉛(PbCO3) 0.0～10.0%氟化銨(NH4F) 0.0～10.0%配制時用40～70%的無水乙醇，視其溶解的難易程度控制加入30%濃度的鹽酸，30～45%濃度的氫氟酸，必要時加少量的王水。
(3)擴(kuò)散參雜處理。將凈化好的基體上好工夾具置于擴(kuò)散摻雜窯爐中，升溫在一定溫度區(qū)(300～800℃)將其擴(kuò)散源充分霧化擴(kuò)散，使其均勻沉積在基體的表面上。最好是在密閉真空高溫爐內(nèi)進(jìn)行超凈霧化處理，可獲得高透光度的均勻高溫面輻射層。處理時基體形狀、材質(zhì)不同，其擴(kuò)散源、處理溫度、處理時間及壓強(qiáng)均不同。擴(kuò)散參雜時間為10min～3h.，厚度為5～50μm。處理好的基體稱為半導(dǎo)體熱體。對于玻璃透明基體，為了保持其透明度及可靠性，應(yīng)先進(jìn)行離子濺射，形成良好襯底，再進(jìn)行擴(kuò)散。這樣制成的輻射層均勻，牢固，熱承受能力有所提高。
通過調(diào)整擴(kuò)散源的輸入量、原料配比、爐溫和擴(kuò)散摻雜時間，可以獲得不同厚度、不同表面阻值、不同功率和不同使用溫度的輻射面要求值。面輻射層的面阻均值誤差在10%以下。
(4)后處理。將半導(dǎo)體熱件進(jìn)行電老化和熱老化，其目的是使半導(dǎo)體面輻射層的晶格有序化和提高熱穩(wěn)定性。電老化是將其在工作電壓以下分成4～5擋進(jìn)行電老化，每擋電壓下老化時間為10～30min;熱老化是將半導(dǎo)體熱件置于高溫爐中，在室溫至額定溫度下分成3～4擋進(jìn)行熱老化處理，每擋老化時間為4～8h.。老化好的半導(dǎo)體熱件進(jìn)行涂布絕緣與安裝電報引線(即采用一般電熱器具引線方法連接輸入和輸出線)使之完成半導(dǎo)體熱件成型。
用本發(fā)明制成的半導(dǎo)體熱件，在接線電極處采取密封保護(hù)層后于通電加熱情況下，噴淋上水，強(qiáng)酸、液都不影響使用，甚至將其放入水中仍照常運(yùn)行。在低于150℃下放入油中不著火;用其在低于150℃下可以烘烤潮濕的火藥、炸藥而十分安全。制成扳狀加熱玻璃透明，在冬天使用可不起水汽。半導(dǎo)體熱件使用的溫度視基材耐熱程度而定，如在石英玻璃上制成的半導(dǎo)體熱件可在800℃下使用;微晶玻璃上使用更為理想。這種半導(dǎo)體熱件的使用壽命是相當(dāng)長的，如用云母和陶瓷為基體的熱件分別在300℃，500℃下可以連續(xù)使用數(shù)千小時以上未見變化;若在稍低溫度(如120～130℃)下使用可達(dá)上萬小時亦未見有所變化。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其特點為(1)將經(jīng)過篩選的化學(xué)元素的化合物在熱場條件下進(jìn)行擴(kuò)散參雜在耐熱絕緣介質(zhì)上，而形成均勻的高溫面輻射層，這種擴(kuò)散源滲入絕緣介質(zhì)的晶格中而成為十分牢固的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)。
(2)半導(dǎo)體熱件的制造工藝采用了半導(dǎo)體擴(kuò)散原理和工藝方法，尤其是嚴(yán)格選擇半導(dǎo)體元素的禁帶寬度，用調(diào)整不連續(xù)附加能級的新概念，在一定的熱場條件下，形成原子間的離子鍵和共價鍵結(jié)合，并使其晶格有序化。
(3)半導(dǎo)體熱件的面輻射層有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性;除了在一定溫區(qū)內(nèi)無明火外在交流或直流電場下均有電熱轉(zhuǎn)換效應(yīng);具有明顯地電容特性;同時有較好的耐腐蝕性、透光性及其相當(dāng)長的使用壽命。
實例一將一塊275×100mm茶色玻璃用乙醇凈化處理干燥后，在其工作面上噴射一層約0.05mm厚度的正硅酸乙酯的乙醇溶液，并在200℃下進(jìn)行固化。再將90.0%的Sncl4、5.0%Bcl3、1.0%Sbcl5分別用60%無水乙醇，39.5%的鹽酸(含Hcl30%)和0.5%的氫氟酸(含HF30%)組成的混合溶劑溶解成飽和溶液;而PbCO3則在上述混合溶劑中加入少量王水使其溶解成飽和溶液，將其混合成擴(kuò)散源。將處理好的玻璃扳置入擴(kuò)散爐中，夾好夾具，升溫至450℃并保持，在此溫度下將擴(kuò)散源進(jìn)行霧化處理導(dǎo)入爐內(nèi)，經(jīng)過10～20min后完成擴(kuò)散參雜處理過程，即可制得高透光性半導(dǎo)體熱件，經(jīng)過電與熱老化、接線后即成加熱玻璃。
實例二一塊300×200×6mm的高鋁陶瓷扳，用10%的KOH溶液浸泡15min，再用去離子水凈化，干燥處理后基體工作面呈中性。再經(jīng)無水乙醇進(jìn)行二次凈化、干燥處理，在其基體工作面夾好工夾具，在工作面上噴涂一層約0.2mm正硅酸乙酯，置于擴(kuò)散爐中在200～400℃溫度下進(jìn)行固化。再將92.0%Sncl4、2.0%Ticl4、2.0%Sbcl5、1.0%PbCO3、2.0%Mgcl2、1.0%Fecl3用混合溶劑配制成飽和溶液，構(gòu)成擴(kuò)散源。將擴(kuò)散源充分霧化后導(dǎo)入擴(kuò)散爐中，爐溫控制在450～550℃，通入氮氣以保護(hù)參雜過程，經(jīng)15～25min過程完成。即獲得半導(dǎo)體熱件。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體熱件的制造方法，其特征為以錫、鎂、鈦、鐵、銻、鉻、硼的鹵化物以及正硅酸乙酯、碳酸鉛、氟化銨為原料配成的溶液(稱之為擴(kuò)散源)，使其霧化擴(kuò)散在溫度為300～800℃的高溫爐中，沉積在經(jīng)過凈化處理的耐溫絕緣基體上，其時間為10min至3h，而后在使用電壓和使用溫度下進(jìn)行電老化和熱老化，繼而進(jìn)行涂布絕緣與安裝引線而完成。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為擴(kuò)散源所用原料的配比為鹵化錫(SnXn，X＝cl，Br;n＝2，4)60.0～99.0%鹵化鎂(MgX2，X＝cl，Br)0.0～2.0%鹵化鈦(TiXn，X＝cl，Br;n＝2，4)0.0～2.0%鹵化亞鐵(FeX2，X＝cl，Br)0.0～2.0%鹵化銻(SbXn X＝cl，Br;n＝3，4)0.0～2.0%正硅酸乙酯(C2H5O)4Si 0.0～30.0%鹵化硼(BX3，X＝cl，Br) 0.0～2.0%鹵化鉻(CrX3，X＝cl，Br) 0.0～2.0%碳酸鉛 PbCO30.0～10.0%氟化銨 NH4F 0.0～10.0%以乙醇，鹽酸，氫氟酸、硝酸將原料溶解并配制成飽和溶液。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征為乙醇為無水乙醇，使用量為40～70%;視其溶解難易加入30%濃度的鹽酸、30～45%的氫氟酸，必要時加少量的王水以溶解之。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為所述的基體為玻璃、陶瓷、搪瓷、耐熱橡膠、塑料、層壓材料，以及云母、石英等;凈化處理是在普通洗滌后用無離子水、無水乙醇，氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液及氫氟酸處理之。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為所述的電老化是在使用電壓及其以下范圍內(nèi)分成4～5擋，在每擋電壓下老化10～30min;所述熱老化是指在常溫至使用溫度范圍內(nèi)分成3～4擋，在每擋溫度下老化4～8h.。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為所述的基體凈化在超凈條件下進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為所述的霧化擴(kuò)散過程在真空密閉下進(jìn)行。
全文摘要
一種半導(dǎo)體熱件的制造方法。用錫、鎂、鈦、鐵、銻、鉻、硼的鹵化物以及正硅酸乙酯、碳酸鉛、氟化銨為原料配制成的飽和溶液，在高溫爐內(nèi)霧化擴(kuò)散，使其沉積在凈化好的耐溫絕緣基體上成為面輻射層，后經(jīng)老化，涂布絕緣及安裝引線而成。半導(dǎo)體的面輻射層有很好的透光性、化學(xué)及熱穩(wěn)定性，在交、直流電場下均有電熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)，在800℃以下可以長期使用。
文檔編號H05B3/10GK1066952SQ92101500
公開日1992年12月9日 申請日期1992年3月7日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月7日
發(fā)明者王杰, 沈榮波 申請人:王杰, 沈榮波