Датчик температуры Советский патент 1985 года по МПК G01K7/01 

Изобретение относится к термометрии, а именно к полупроводниковым датчикам температуры, и может быть использовано в измерительной технике и автоматике. Цель изобретения - увеличение чувствительности датчика температуры. На фиг. 1 показана электрическая схема датчика температуры; на фиг.2зависимость выходного напряжения датчика от температуры для различных типов полевых транзисторов. Датчик содержит четыре полевых транзистора 1-4, являющихся термочувствительнь)ми элементами датчика и образующих измерительный мост, одна диагональ которого подключается к источнику питания, а в другую диагональ включен вольтметр 5. Полевые транзисторы 1 и 2, включенные в противоположные плечи моста, вьтолнены на основе кремния с концентрацией легирующей примеси в канале в пределах 10 -10 см . Полевые транзисторы 3 и 4, включенные в два других противоположных плеча моста, вьтолне ны на основе кремния с концентрацией примеси в канале 5 10-10 см Границы интервалов изменения концентрации легирующей примеси в канал полевых транзисторов определяются существующими методами очистки кремния (минимальная концентрация) и тре буемой температурой зависимостью ток насыщения полевых:транзисторов. Тог. насьидения Полевого транзистора любой конструкции с встроенным ка налом п- типа и затвором, замкнутьш с истоком, определяется формулой П - подвижJ , где и Г- . - ность и концентрация основных носителей в канале; А - постоянная, опр .деляемая Геометрическими размерами ;ПТ. В обычном рабочем диапазоне тем ператур от - 60 до + с росто температуры подвижность уменьшается, а концентрация увеличивается. Общая концентрация носителей в кана ле определяется как П П + П где Пр - концентрация основных носителей, обусловленная ионизацией легирующей примеси ; Пс концент.рация, обусловленная ионизацией соб 1сТвенньк атомов кремния; Пд - концентрация носителей, захваченных 1 02 а поверхностные ловушки. Рост конентрации, с увеличением температуры бусловлен ростом П и уменьшением так как П „ от температуры не л . п еняется, поскольку в рабочем диапаоне температур вся примесь полностью онизована и П равна ее концентации. Относительное изменение П(Т) ущественно зависит от величины Пц . сли ЕП велика по сравнению с П , П д , то изменение последних практически не меняет П и J зависит только от подвижности, которая уменьшается с ростом температуры. Если Пи Сравнима с П, , Пд , то увеличение И(, и уменьшение П с ростом температуры приводят к преобладающему увеличению П по сравнению с уменьшением jU и J увеличивается. Таким образом, ток насьщения полевых транзисторов 1 и 2 с концентрацией примеси в канале 10 см уменьшается с ростом температуры, а транзисторов 3 и 4 - увеличивается, повышая чувствительность датчика по сравнению с прототипом. Для начальной балансировки моста при заданной температуре в цепи истока полевых транзисторов 1-4 могут быть включены переменные резисторы 6-9. Эти же резисторы позволяют изменять чувствительность датчика и ин- . тервал рабочих температур, определяемый линейным участком его выходной характеристики. Для расширения температурного интервала сопротивления резисторов 6-9 увеличивают, однако чувствительность датчика при этом уменьшается. Пример . В качестве полевых транзисторов 1 и 2 использовались транзисторы типа 2П103,202,303, в качестве полевых транзисторов 3 и 4транзисторы типа КП305,313,350 при Е 20В и нулевом сопротивлении резисторов 7-9. Наибольшей чувствительностью (1В/ град) в интервале температур ОТ -10 до 10°С обладает датчик из КП305-2ПС202, наименьшей (0,3В/ град) - датчик из КП313-2ПЗОЗ (фиг. 2), тем не менее чувствительность всех указанных датчиков вьш1е чувствительности прототипа (0,1В/ град). 90 -50 -40 -30 -го -w

t

П305-2ЛС202 f(n35O-zmO3 Ю 20 -75. -го. /f/f f3-Zff3O5 30 4Ю so 6O

ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ по авт.св. № 993042, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, два из четьфех полевых транзисторов, включенные в противоположные плечи моста, вьшолнены на основе кремния с концентрацией легирукяцей примеси в канале 10 -10 , а два других полевых транзистора - с концентрацией примеси в канале 5 - . (Л :о ас со со

Фиг. 2