[其他]一種具有負電阻溫度系數的單晶硅熱敏電阻器及其制造方法

在審

• 申請號: 101987000003486
• 申請日: 1987-05-07
• 公開（公告）號: CN87103486B
• 公開（公告）日: 1988-08-10
• 發明（設計）人: 韋風輝;李國華;柳培立
• 申請（專利權）人: 中國科學院新疆物理研究所
• 代理公司: 中國科學院新疆專利事務所
• 代理人: 王蔚;孟煒

熱敏電阻器及其制造方法本發明提供一種具有負電阻溫度系數的單晶硅熱敏電阻器及其制造方法。其主要特點是采用在Ｐ型單晶硅中摻入金、鉑兩種雜質的方法，使電阻呈現負溫度特性，其Ｂ值為３８５０Ｋ，Ｂ值的偏差分布小于±０．３％，使用溫區為－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經性輸出的線性組件的理想元件。并可廣泛適用于醫療儀器、食品工業、家用電器等行業的測溫、控溫等實用技術領域。

本發明涉及一種具有負電阻溫度系數的單晶硅熱敏電阻器及其制造方法。

用在單晶硅中摻深能級雜質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，得到日益廣泛的應用。

日本東京芝浦電氣株式會社曾提出過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的方法，制得了具有負溫度系數的熱敏電阻，其B值為4900K，30℃時的阻值的偏差分布小于±0.5%，但最低的使用溫度只達到-20℃，而且并不是可以互換的。關于對互換性能起主要影響的B值的離散情況，在此專利文獻公開中沒有給出結果。根據日本東京電子冶金研究所提供的硅熱敏電阻的產品廣告介紹，該產品使用溫區為-30℃～100℃，B值的偏差分布為±2～3%，25℃時阻值的偏差分布為±2%，這反映出目前的硅單晶熱敏電阻的主要性能指標。

為了滿足溫度測量儀表提出的熱敏電阻的互換性要求和制作在較寬溫區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，其B值的偏差分布要求比現有的產品更小。而本發明的目的，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。

本發明所提供的熱敏電阻，是在P型硅單晶中同時摻入金和鉑兩種雜質，使禁帶中出現距價帶頂0.30ev的鉑施主能級、0.35ev的金施主能級和0.36ev的鉑受主能級。當這些能級的濃度比單晶中原有的淺受主濃度大很多時，由于這些能級的補償作用，材料呈現負溫度特性，其B值為3850K左右。在P型硅單晶中同時摻入金和鉑的方法主要采用擴散的方法，即選用高阻率的P型硅單晶作襯底，首先在1200℃下擴散鉑，使鉑的原子濃度達到1×10¹⁴/厘米³以上，然后在溫度為800℃～1200℃下擴散金，使單晶硅達到符合要求的電阻率。擴散金的溫度越高，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之間調整;經過兩次擴散的硅單晶，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整。

附圖1為摻金、摻鉑單晶硅互換熱敏電阻的外形結構示意圖。其中，芯片（1）的兩面電極（2）可用化學鍍鎳的方法制成。引線（4）為0.2mm的鍍銀銅線，用焊錫（3）焊在電極（2）上。整個芯片用環氧樹脂（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附圖2。圖中的縱坐標（對數坐標）是熱敏電阻的阻值R，單位是歐姆（Ω）。圖2下方的橫坐標是絕對溫度的倒數（1000×1/T），圖2上方的橫坐標上標出了相對應的攝氏溫度值。如圖2所示，在-50℃～100℃溫區范圍內，它完全滿足R＝R₀EXP（B/T）的指數關系，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℃溫區內不同的電阻元件在同一溫度點的阻值的偏差分布不大于±2%，可以達到批量互換的要求，同時，電阻元件經過1000小時，100℃高溫老化后，其阻值偏差小于±0.5%，時間常數為1.5～5（秒）耗散系數達1.5～2.5（毫瓦/℃），而且這種電阻易于制做、成本低廉、廣泛適用于醫療儀器、食品工業、家用電器等行業的測溫、控溫等實用技術領域。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，經打磨、清洗后，在1200℃下涂源擴鉑6個小時;鉑源用光譜純的氯鉑酸和優級純的酒精按5克：95毫升的比例配成。擴散后的晶片用氫氟酸除去硅片表面的氧化層，再在1200℃下涂源擴金2小時;金源用光譜純的氯化金和優級純的酒精按5克：95毫升的比例配制而成。二次擴散后的晶片經過去除氧化層后，進行化學鍍鎳;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℃下溫度老化800小時，經機械調阻后得到25℃時阻值為5.60KΩ的元件。封裝時，先涂一層有機硅改性聚氨脂即PPS膠（組份1 48%、組份2 52%），再用E₅₁型環氧樹脂密封。E₅₁型環氧樹脂∶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。這樣制得的元件經各項指標測試均能達到前面提出的指標。