[其他]一種摻金硅熱敏電阻器及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 101985000002901
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85102901B
• 公開（公告）日: 1988-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陶國強(qiáng);陶明德
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院新疆物理研究所
• 代理公司: 中國科學(xué)院新疆專利事務(wù)所
• 代理人: 王蔚

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體溫度傳感器領(lǐng)域。本發(fā)明采用氯化金涂層擴(kuò)散，當(dāng)金和本底凈雜質(zhì)濃度之比為１～１．５時，形成穩(wěn)定性好，Ｂ值為４０００Ｋ～６０００Ｋ，其均勻度優(yōu)于０．１％的摻金硅熱敏材料，利用該材料的雙面高阻層做成串聯(lián)式熱敏電阻，經(jīng)機(jī)械調(diào)值后，元件在－３０～＋５０℃溫區(qū)阻值互換精度為０．２％。高溫（８５℃）存放一年的穩(wěn)定性優(yōu)于０．３％。本發(fā)明可廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)，尤其是醫(yī)學(xué)、生物工程、化學(xué)等多方面的溫度測量與控制。

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體溫度傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

一般氧化物熱敏電阻阻值互換精度不超過2%，成品率在20%以內(nèi)，1981年日本冶金研究所產(chǎn)品介紹，硅熱敏電阻在30℃這一溫度點阻值互換精度為0.15%。美國1966年專利（3292129）提供了n型熔溶摻金B(yǎng)值為6000K硅熱敏電阻制造方法，但這些熱敏電阻器制備工藝復(fù)雜，成本高，一致性遠(yuǎn)滿足不了測溫控溫儀表商品化的要求。

本發(fā)明涉及一種摻金硅熱敏電阻及其制造方法，特別是涉及一種在N型單晶硅片的兩個相面擴(kuò)散金形成高阻層作敏感體的熱敏電阻器。采用在N型單晶硅片的兩個相對面涂敷氯化金涂層作固體擴(kuò)散源，進(jìn)行金-硅之間固相擴(kuò)散的方法制作高阻層，實現(xiàn)在-30℃～+50℃溫區(qū)中互換精度為0.2%互換單晶熱敏電阻。

本發(fā)明依據(jù)深能級雜質(zhì)，Au、Pt、Fe等高溫擴(kuò)散，在N型硅中形成深受主能級，束縛電子隨溫度熱激發(fā)使電阻率呈現(xiàn)強(qiáng)烈的溫度關(guān)系

　　　ρ-N_Au-(N_d-N_a)/N_d-N_a·1/μ_eg_AN_ce^ΔEAu/KT

的原理制成溫度敏感材料。金在硅中的溶解度是本底雜質(zhì)濃度、擴(kuò)散源比例和擴(kuò)散溫度的函數(shù)。僅當(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，材料的B值可達(dá)6000K，其均勻度優(yōu)于0.1%。摻金方法可以是直拉單晶時熔溶摻金，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，在硅表面形成高阻層。摻金硅熱敏電阻器的溫度特性取決于硅片兩面的高阻層的厚度，如圖2中的7。擴(kuò)散摻金硅互換熱敏電阻的電接觸靠雙面化學(xué)鍍鎳形成，利用鎳與硅的化學(xué)親合勢及高濃度表面態(tài)實現(xiàn)良好歐姆接觸，如圖1中的2。電極引出線采用展延性好，具有良好導(dǎo)電性的鍍銀銅線。如圖1中的2。整個元件用環(huán)氧樹脂包封，以保證元件的穩(wěn)定性，如圖1中的4。

圖1為摻金硅互換熱敏電阻的結(jié)構(gòu)圖。圖中的1是N型硅片，厚度為300μm，面積為1.5×1.5（mm）²;2是電接觸鎳層，其厚度為2μm;3是焊錫層;4是環(huán)氧保護(hù)層;5是外引線，其直徑為0.2mm。圖2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，其厚度為2μm;8和9為高阻層等效電阻。

實施例：發(fā)明人用1～5Ωcm的N型硅單晶，沿〈111〉晶面切成厚度為300μm的硅片，用M20金銅砂研磨，采用1%的擴(kuò)散源（乙醇：AuCL·4H₂O＝99∶1）;在1050℃±1℃溫度下擴(kuò)散30分鐘，獲得常溫電阻率ρ＝10KΩ～15KΩ，B值為6000K，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：氯化鎳∶次亞磷酸鈉∶氯化銨∶檸檬酸銨∶水＝30g∶10g∶50g∶65g∶1000g），然后劃成1.5×1.5（mm）²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)氧樹脂密封（環(huán)氧配方：E-51環(huán)氧樹脂∶多乙烯多銨∶氧化鋁粉＝10g∶0.9g∶1g），在85℃下進(jìn)行800小時老化，獲得常溫電阻R₂₅＝25KΩ～30KΩ，B值為6000K，在-30℃～+50℃溫區(qū)，電阻值互換精度為0.2%的熱敏電阻器，其成品率達(dá)60%以上，穩(wěn)定性優(yōu)于0.1%。