Полупроводниковый датчик температуры Советский патент 1985 года по МПК G01K7/34 

1 .1 Изобретение относится к технике измерения температуры, а именно к полунроводниковым датчикам температу ры, и может быть использовано, например при производстве при испытаВИЯХ полупроводниковых приборов в ин тегральных микросхемах. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых температур, На фиг. IQ,),) представлены различные варианты конструкции датчика; на фиг. 2 - температурные характерис тики для двух датчиков предпагаемой конструкции (кривая I и кривая II). Датчик температуры состоит из пластины полупроводника 1, слоя диэлектрика -2 и металлических электродов 3 и 4. В объеме полупроводника непосредственно у границы раздела по лупроводник - диэлектрик расположен тонкий 0,02-0,4 мкм) приповерхностньй слой 5 с противоположным по отно шению к подножке типом проводимости либо с большим содержанием глубоких компенсирующих дефектов, в результат чего формируется приповерхностньй потенциальный барьер, величина которого переменна по площади пластины 1 , Один металлический электрод 3 дат чика расположен на слое диэлектрика 2, а другой электрод 4 образует омический контакт с материалом полупроводника, причем электрод-4 может быт расположен- как на обратной стороне (фиг. 1Q), так и на лицевой стороне пластины (фиг. 1 Б ,В) - планарпьй вариант. В последнем случае технолоГИЛ создания термодатчика сочетается с технологией изготовления интеграль ных микросхем. При фopм ipoвaнии электрода 4 на лицевой поверхности для обеспечения омичности его контакта с материалом полупроводника необходимо либо созда вать локальные области с истощающими потенциальным барьером под электродо 3(фиг. 1,5) либо изготавл1гаать дополнительные контактные слои 6 (фиг. ,В) на глубину, превьшающую толщину слоя с истощающим потенциаль барьером. При этом электроды 3 и 4должны быть взаимно разнесены по гшанарной поверхности на расстояние, значительно больше толщины истощающего барьера. Максимальная высота приповеркнос ного потенциального барьера не может 62 превышать высоты барьера резкого р-п перехода 0,7 зВ, минимальная ограничена тепловой энергией носителей в выбранном температурном интервале, т.е., эВ. Способы создания такого приповерхностного слоя могут быть различные: равномерное ионное легирования полупроводника примесью про- тивопош-юго типа и последующая активация примеси лучевым отжигом с переменным по отжигаемой поверхности энергетическим режимом, ионное легирование поверхности кремния и отжигом различных участков легированного слоя при разных температурах, либо другие способы, в результате чего образуется приповерхностный потенциальный барьер переменной величины (высоты), так как параметры легированного слоя зависят от копцентрации вводимой при ионном легировании примеси и от стенениее активации, определяемой режимом последующего отлсига. При этом возможно также создание указанного потенциального барьера путем внедрения нейтральных понов, например ионов аргона с переменной по площади концентрацией электрически активных дефектов. При формировании потенциального барьера с помощью электрических активных примесей тип последних должен быть противоположен типу примесей в исходном материале полупроводника. Дозы- вводимых частиц лежат в пределах 0,01-0,1 мкКл/см , глубины внедрения 200-3000 А. Принцип работы датчика температуры основан на сильной темнературной зависимости концентрации основньк для ПОДЛОЖ1СИ носителей в созданном приповерхностном слое истощения, которая определяет малосигпальную проводимость. При возрастании тем- пературы происходит увеличение этой концентрации и, следовательно, малосигнальной проводимости (емкости ), шунтирующей емкость приповерхностного слоя истощения, формируемого приповерхностным потенциальнымбарьером. Линейность характеристик датчика (фиг. 2) температуры в широком интервале температур достигается суммированием характеристик большого числа очень малых по площади емкостей, каждая из которых имеет ли3

нейную температурную зависимость в своем узком диапазоне температур.

В рабочем диапазоне температур датчика существует однозначная линейная зависимость между величиной измеряемой емкости и температурой полупроводникового слоя.

Пример 1. Датчик изготовлен на кремнии п-типа проводимости с удельным сопротивлением 4,5 Ом/см в качестве диэлектрика использован термический слой SiO толщиной 0,2 мин. Приповерхностный истощающий потенциальный барьер готовится л-егированием ионами бора с энергией 55 кэВ и дозой 0,2 ммКл/см чере слой окисла.

А1стивация внедренных частиц бо- ра проводится лучом лазера ЛТИ-502 с переменным энергетическим режимом

917564

энергия луча при сканировании изменяется от 0,1 до 3,5 Дж/см ,

Характеристика датчика линейна в диапазоне температур 60-320 К 5 (кривая I на фиг. 2).

Пример 2. Датчик изготовлен путем легирования кремния п-типа проводимости с удельным сопротивлением 4,5 Ом/см ионами аргона че- 10 рез слой термически выраженного окисла. Энергия внедряемых ионов аргона 100 кэВ, доза изменяется по площади от 0,05 до 0,7 мкКл/см. Характеристика датчика линейна 5 в диапазоне температур 100 - 285 К (кривая II на фиг.. 2).

Температурная чувствительность изготовленных таким образом термо- датчиков составляет 1-5%/град при 0 , 10 пФ/см.

Ъ 250Г, Л

Фие.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий пластину полупроводника, частично покрытую слоем диэлектрика, два электрода, один из которых размещен поверх слоя диэлектрика, а другой непосредственно на свободной от диэлектрика части поверхности пластины полупроводника. отличающийся тем, что. с целью расширения диапазона измеряемых температур, в объеме полупроводника, у границы раздела полупроводник - диэлектрик, сформирован тонкий спой с приповерхностным истощающим i потенциальным барьером, величина которого переменна по площади пластины. (Л vj ел CJ5