[其他]碳化硅(SiC)二極管溫度傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85109140
• 申請日: 1985-12-12
• 公開（公告）號: CN85109140B
• 公開（公告）日: 1988-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 綦明剛;周嶅;邱莉;吳鐵;張詠紫;鄒小興
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北省襄樊市機電研究所;國家建材工業(yè)局建筑材料科學研究院玻璃科學研究所
• 主分類號: H01L35/00
• 分類號: H01L35/00;G01K7/02
• 代理公司: 襄樊市專利事務(wù)所
• 代理人: 孟景前,樊靈芬

本發(fā)明是一種碳化硅二極管溫度傳感器，可用于0～700℃范圍的溫度測量。

常用中溫區(qū)溫度測量元件有熱電偶、鉑電阻以及熱敏電阻等。熱電偶靈敏度很低，如鎳鉻-鎳鋁熱電偶的靈度為40μV/℃左右;鉑電阻的靈敏度也較低，橋路靈敏度一般在1mv以下，而且體積較大;熱敏電阻雖然靈敏度高，但為非線性元件。

由張開遜等人發(fā)明的“α-碳化硅PN結(jié)寬溫度區(qū)高線性度測溫技術(shù)”（1985年6月30日人民日報），其碳化硅PN結(jié)溫度傳感器測溫范圍為0～500℃，靈敏度為-2～-3mV/℃，非線性偏差為0.5%～1%（第五砂輪廠“BW溫度傳感器”說明書），雖然具備了靈敏度高，線性好以及體積小等優(yōu)點，但是它的測溫上限還不夠高，不能充分發(fā)揮出此類溫度傳感器可能實現(xiàn)的優(yōu)異測溫性能。

本發(fā)明的目的是制造一種測溫范圍更寬，特別是測溫上限更高的碳化硅二極管溫度傳感器。

附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。1為P型層，2為N型層，3和4為鎢膜，5和6為金膜，7和8為金絲引線，9和10為鉑絲或鎳絲后引線，11為微晶玻璃包封層，12為氧化鋁雙孔瓷管，13為微晶玻璃粘固層。

附圖2A為體電阻大時的碳化硅二極管溫度傳感器的V-T特性曲線。

附圖2B為本發(fā)明的溫度傳感器的V-T特性曲線。

本發(fā)明的要點在于碳化硅二極管溫度傳感器，當用P型碳化硅單晶做基底外延N型層時，在外延的同時，使氮原子從兩面擴散到P型基底中去。當用N型碳化硅單晶做基底時，外延的P型層厚度小于0.1mm。采取上述措施后，減小了PN結(jié)中半導體的體電阻，從而減小了傳感器正向壓降的熱敏電阻非線性影響。這樣，既便是增大工作電流、提高二極管正向壓降，也可以保證在測量范圍內(nèi)低溫段線性良好，因此達到提高測溫上限的線性范圍的目的。

本發(fā)明用鎢做電極材料，在鎢電極上鍍金膜，使引線與電極歐姆接觸良好。

本發(fā)明采用特種微晶玻璃包封PN結(jié)，包封溫度低，在空氣中包封也不損傷電極材料，不損害歐姆接觸。在750℃時仍有良好的包封性能。

微晶玻璃的組份范圍（Wt%）是：

ZnO25～55MgO2～7

B₂O₃15～25BaO2～7

SiO₂8～27SnO₂1～3

Al₂O₃3～15Cr₂O₃0～1

微晶玻璃最佳組份范圍（Wt%）是：

ZnO30～50MgO4～5

B₂O₃20BaO4～5

SiO₂10～25SnO₂2～3

Al₂O₃5～12Cr₂O₃0～1

包封溫度范圍是650～800℃，最佳包封溫度范圍是650～750℃，包封時間范圍是1～60分鐘，最佳包封時間范圍是5～40分鐘，包封氣氛是空氣。

實施例：

用P型六角片狀碳化硅單晶片，拋光后，在以石墨為加熱器的氣相外延爐中，用綠色工業(yè)碳化硅砂做爐料，在外延時，通以純氮氣進行摻雜，外延一層N型碳化硅單晶，形成如圖1中的P型層1和N型層2的PN結(jié)。在此過程中，氮原子從基底的兩面擴散到其內(nèi)部。PN結(jié)單晶片的厚度為0.3～0.4mm。

形成了PN結(jié)的碳化硅單晶片，兩面蒸發(fā)上厚為1-10μm鎢膜（3、4），再兩面蒸發(fā)上厚為1～2μm的金膜（5、6），經(jīng)過合金化熱處理，使得鍍膜牢固后，切成長寬都為0.7mm左右、厚為0.3～0.4mm的管芯，采用2～4mm長金絲做引線（7、8），將該引線熱壓焊在管芯兩面的金膜（5、6）上面。采用鉑絲或鎂絲做后引線（9、10）。采用微晶玻璃粘固層（13）把后引線（9、10）與氧化鋁雙孔瓷管（12）粘固起來。

用一種特制的微晶玻璃材料把PN結(jié)包封起來，形成包封層（11），其典型組份（wt%）為：

ZnO30MgO5

B₂O₃20BaO5

SiO₂25SnO₂3