專利名稱:摻金硅互換熱敏電阻的制作方法
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體溫度傳感器領(lǐng)域。
一般氧化物熱敏電阻阻值互換精度不超過(guò)2%，成品率在20%以內(nèi)。1981年日本冶金研究所的熱敏電阻產(chǎn)品介紹，硅熱敏電阻在30℃這一溫度點(diǎn)阻值互換精度為0.15%。但這些元件用在-30～+50℃溫區(qū)互換精度不超過(guò)1%。這給使用帶來(lái)不便，特別是對(duì)于測(cè)量和控溫儀表的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)帶來(lái)極大困難。
本發(fā)明的目的在于利用深能級(jí)雜質(zhì)金擴(kuò)散至硅中形成高靈敏度、互換精度好的熱敏材料，并用這種材料做成在-30～+50℃溫區(qū)中，互換精度為0.2%的互換單晶熱敏電阻。
本發(fā)明采用深能級(jí)雜質(zhì)金高溫?cái)U(kuò)散，在N-型硅中形成深受主能級(jí)(0.54eV)，受主上的電子隨溫度熱激發(fā)使材料電阻率呈現(xiàn)強(qiáng)烈的溫度關(guān)系
金在硅中的溶解度是本底雜質(zhì)濃度、擴(kuò)散源的比例和擴(kuò)散溫度的函數(shù)。高溫?cái)U(kuò)散時(shí)，當(dāng)金的濃度達(dá)到本底雜質(zhì)濃度時(shí)，材料電阻率隨金的濃度迅速增加。當(dāng)金的復(fù)合比(金原子與原始材料本底濃度之比)為1～1.5時(shí)，材料B值為6000K，其均勻度為0.1%。摻金的方法可以是直拉單晶時(shí)熔溶摻金，亦可用離子注入摻金，而本發(fā)明采用氯化金溶于無(wú)水乙醇，涂敷于硅片雙面，在高溫下進(jìn)行恒定表面源擴(kuò)散，在硅片表面層形成高阻層。摻金硅材料的溫度特性取決于硅片兩面的高阻層，如圖二中的〔7〕，從而利用控制擴(kuò)散條件達(dá)到了控制材料電阻率的目的。擴(kuò)散摻金硅互換熱敏電阻元件的電接觸靠雙面化學(xué)鍍鎳形成，利用鎳與硅的化學(xué)親合勢(shì)和高表面態(tài)實(shí)現(xiàn)良好的歐姆接觸，如圖一中的〔2〕，電極引線采用展延性好具有良好導(dǎo)電的鍍銀銅線，如圖一中的〔5〕，整個(gè)元件包封在環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)，以保證元件的穩(wěn)定性。
本發(fā)明提供的互換熱敏電阻可用于-30～+50℃溫區(qū)的溫度測(cè)量與控制，特別適合于醫(yī)學(xué)、生物工程及化學(xué)反應(yīng)等領(lǐng)域的溫度測(cè)量。在-30～+50℃溫區(qū)阻值互換精度優(yōu)于1%，成品率在60%以上，制作工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，適合大量生產(chǎn)。
圖一為摻金硅互換熱敏電阻元件結(jié)構(gòu)圖。圖中的〔1〕是N-型硅片，厚度為300μm，面積為1.5×1.5mm2;〔2〕為電接觸鎳層，其厚度為2μm;〔3〕為焊錫層;〔4〕環(huán)氧保護(hù)層;〔5〕是外引線，其直徑為0.2mm。圖二為芯片等效圖。圖中的〔6〕為原始硅片低電阻層;〔7〕為擴(kuò)散高阻層，其厚度約為2μm;〔8〕和〔9〕為高阻層等效電阻。
發(fā)明人用1～5Ωcm的N-型單晶，沿<111>晶面切割成厚度為300μm的硅片，表面用M20金剛砂研磨;采用1%的擴(kuò)散源(乙醇AuCl·4H2O＝99∶1)，在1050℃±1℃擴(kuò)散30分鐘，獲得常溫電阻率ρ25＝10-15KΩ，B值為6000°K，其均勻度為0.1%的熱敏材料。將擴(kuò)散后的硅片雙面鍍鎳(鍍液配方氧化鎳∶次亞磷酸鈉∶氯化銨∶檸檬酸銨∶水＝30g∶10g∶50g∶65g∶1000g)，劃成1.5×1.5mm2的小片，用φ0.2mm的鍍銀銅線錫焊于鎳層上(焊接溫度控制在200℃以內(nèi))，經(jīng)機(jī)械調(diào)阻，最后用PPS膠和環(huán)氧樹(shù)脂密封(環(huán)氧配方E-51環(huán)氧樹(shù)脂∶多乙醇多銨∶氧化鋁粉＝10g∶0.9g∶1g)，在85℃下進(jìn)行一年老化，獲得常溫電阻R25為25KΩ-30KΩ，B值為6000K，在-30～+50℃溫區(qū)阻值互換精度為0.2%，其成品率達(dá)60%以上，穩(wěn)定性優(yōu)于0.1%。
權(quán)利要求
1.摻金硅互換熱敏電阻。是利用金在硅中的深能級(jí)熱激發(fā)效應(yīng)做成的單晶熱敏電阻。其特征在于該熱敏電阻的材料為擴(kuò)散金形成的4000～6000B值的硅單晶熱敏材料。
2.按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的摻金硅互換熱敏電阻，其特征在于所說(shuō)的擴(kuò)散是涂層恒定表面源擴(kuò)散。
3.按照權(quán)利要求
2所述的摻金硅互換熱敏電阻，其特征在于所說(shuō)的涂層擴(kuò)散的擴(kuò)散源為氯化金(AuCl·4H2O)。
4.按照權(quán)利要求
2所說(shuō)的摻金硅熱敏電阻，其特征在于硅的兩面有由擴(kuò)散金形成雙面高阻層。
5.按照權(quán)利要求
4所說(shuō)的摻金硅熱敏電阻，其特征在于所說(shuō)的雙面高阻層含金的復(fù)合比為1-1。5。
專利摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體溫度傳感器領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01C7/00GK85102901SQ85102901
公開(kāi)日1986年9月10日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者阿帕爾, 陶明德, 陶國(guó)強(qiáng) 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