Терморезистор, не требующий индивидуальной градуировки Советский патент 1992 года по МПК H01C7/04 

Изобретение относится к полупроводниковой термометрии и может быть использовано для измерения температуры в диапазоне ог -20 до 500°С.

Цель изобретения - расширение диапазона рабочих температур и повышение чувствительности терморезистора.

Установлено, что поликристаллический кремний с определенной концентрацией примеси позволяет расширить диапазон рабочих температур терморезистора и увеличить его термочувствительность. При этом нижний предел конце- трации примеси не ограничен физически, а зависит от существующих на сегодняшний день технологий очистки кремния. При превышении концентрации примеси более 2 1015 , изменяется температурная зависимость проводимости поликристаллического кремния, что приводит к необходимости индивидуальной градуировки каждого терморезистора и ухудшению термочувствительности. В то же время, выполнение чувствительного элемента из поликристаллического кремния с концентрацией примеси, не превышающей установленную величину, одновременно приводит к существенному расширению температурного диапазона (от -20 до 500°С) и увеличению термочувствительности (В 6400 К), причем термочувствительность одинакова для всех терморезисторов, изготовленных из такого поликремния. Ввиду того, что кремний является основным материалом микроэлектроники, в которой разработана планарная технология, это позволяет миниа- тюризовать приборы, в значительной степени повысить воспроизводимость и технологичность изготавливаемых термсре- зисторов. Рабочий диапазон напряжений терморезисторов из поликристаллического кремния достигает 3 В, что значительно больше, чем у известного терморезистора

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - типичные температурные зависимости для двух терморезисторов, изготовленных из поликристаллического кремния марки КПО и КП1; на фиг. 3 - типичная вольт-амперная характеристика терморезистора из поликристаллического кремния (марка КПО)

Устройство содержит термочувствительный элемент 1 терморезистора и контакты 2.

сл

XI

со VJ сл ю

CJ

Терморезистор работает следующим образом.

Через терморезистор пропускается измеряемый электрический ток, осуществляется измерение падения напряжения, после чего определяется сопротивление терморезистора. Изменение температуры приводит к изменению сопротивления терморезистора, а, следовательно, и к изменению измеряемых величин. Каждому значению сопротивления терморезистора однозначно соответствует определенная температура,

Пример. Терморезистор изготовлен следующим образом. Из поликристаллического кремния марки КПО и КП1, концентрация примеси в которых 1013 и 5 10 3 см , вырезались образцы в виде шайб толщиной 1-2 мм и диаметром 6 мм. На противоположные стороны шайбы наносились омические контакты: на шлифованную поверхность образца электрохимически осаждался никель. Затем точечной сваркой приваривали к поверхности образца золотые проволочки диаметром 50 мкм.

На этих образцах проведены измерения температурных зависимостей сопротивления и вольт-амперных характеристик терморезисторов, результаты которых приведены на фиг. 2. Из фиг. 2, а видно, что в диапазоне от -20 до 500°С все терморезисторы имеют одинаковый наклон, что свидетельствует об их одинаковой термочувствительности. Из фиг, 2, б, на котором приведена типичная

вольт-амперная характеристика терморезистора из поликристаллического кремния (марка КПО), видно, что диапазон линейности составляет 3 В, в то время как у известного терморезистора диапазон линейности вольт-амперной характеристики 0,5 В.

Таким образом, предлагаемый терморезистор, расширяет диапазон температур от 20-180°С до (-20)-500°С. При этом одновременно почти в 1,5 раза увеличивается термо- чувствительность с 4400 К в известном терморезисторе до 6400 К в предлагаемом. Достоинством предлагаемого терморезистора также является расширение диапазона линейности примерно в 5-6 раз. Кроме того, преимуществом предлагаемого терморезистора является его высокая технологичность при изготовлении в связи с исключением операции выращивания монокристалла, а также низкая стоимость поликристаллического кремния.

Формула изобретения Терморезистор, не требующий индивидуальной градуировки, содержащий термочувствительный элемент, выполненный из кристаллического полупроводникового материала, и контакты, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона рабочих температур и повышения чувствительности, в качестве полупроводникового материала использован поликристаллический кремний с концентрацией примеси, не превышающей величины 2 1015см 3.

Использование: для измерения температур в диапазоне от-20 до 500°С. Сущность изобретения: термочувствительный элемент терморезистора выполнен из поликристаллического кремния с концентрацией примеси, не превышающей величины 2-10 см , что позволяет помимо расширения диапазона рабочих температур и повышения чувствительности улучшить воспроизводимость и технологичность изготовления терморезисторов в связи с исключением операции выращивания монокристалла. 3 ил.

Фиг.1

400 300 200

-it-2

°

103/Т,Г

Фиг 2

г

Т 292 К

6 U.B

--2