Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ - Патент РФ 2090953
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в электронной технике, а именно в полупроводниковых датчиках температуры. Сущность изобретения: датчик содержит область однородного сопротивления и области низкого сопротивления с противоположным типом проводимости. Толщина области однородного сопротивления датчика выбрана из соотношения W=(0,7...2)·L, где L - диффузионная длина носителей заряда в области однородного сопротивления. 1 э.п. ф-лы, 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2090953
Класс(ы) патента: H01L35/02
Номер заявки: 94031530/25
Дата подачи заявки: 30.08.1994
Дата публикации: 20.09.1997
Заявитель(и): Государственное научно-производственное предприятие "Исток"
Автор(ы): Тагер А.С.; Кальфа А.А.; Гудкова Н.Б.
Патентообладатель(и): Государственное научно-производственное предприятие "Исток"
Описание изобретения: Изобретение относится к электронной технике, а именно к полупроводниковым датчикам температуры.
Известен полупроводниковый датчик температуры [1] содержащий область однородного сопротивления и области низкого сопротивления. Область однородного сопротивления формируется на основе эпитаксиального слоя с удельным сопротивлением 0,5.5 Ом·см и толщиной 1.20 мкм. В данной конструкции сопротивление изменяется с температурой, что обеспечивает высокую чувствительность датчика.
Недостатком данного технического решения является нелинейность температурной характеристики.
Наиболее близкой к настоящему техническому решению является конструкция полупроводникового датчика температуры [2] содержащего также область однородного сопротивления и области низкого сопротивления, в которой с целью повышения линейности концентрация примеси в области однородного сопротивления не более 1013см-3 и области низкого сопротивления имеют противоположный тип проводимости и концентрацию примеси не менее 1019см-3.
Однако длина области однородного сопротивления значительно больше диффузионной длины носителей заряда. Как показали теоретический и экспериментальный анализы, при длине области однородного сопротивления больше диффузионной длины носителей заряда вольт-амперная характеристика датчика нелинейна и чувствительность dU/dT невелика (dU/dT < 1,5 мВ/град при T 300 К) и быстро ( (1/Tα, α > 1) ) уменьшается с ростом температуры.
Целью изобретения является повышение линейности вольт-температурной характеристики датчика в рабочем диапазоне температур.
Поставленная цель достигается тем, что полупроводниковый датчик температуры содержит область однородного сопротивления, области низкого сопротивления с противоположным типом проводимости, толщина области однородного сопротивления выбрана из соотношения
W=(0,7.2)·L, (1)
где L диффузионная длина носителей заряда в области однородного сопротивления.
Сущность изобретения заключается в том, что изменения падения напряжения с температурой в слое однородного сопротивления и на переходных областях от слоя однородного сопротивления к слоям с низким сопротивлением имеют противоположный знак и толщина области однородного сопротивления, выбранная из соотношения (1), дает возможность компенсировать нелинейность вольт-температурной характеристики в каждой точке температурного диапазона.
Приведем теоретическое обоснование сущности изобретения.
Запишем полное падение напряжения на переходе как сумму напряжения на области однородного сопротивления Ui и на переходных областях Uni и Upi:
U=Uni+Upi. (2)
Падение напряжения на переходных областях связано с рекомбинационной Ip и диффузионной составляющей Ig тока:
(Ip)n,p= qWnip(exp(qU/2KT)-1) (3)

где q заряд электрона,
k постоянная Больцмана,
Na и Nd концентрация донорной и акцепторной примеси в слое однородной проводимости,
ni концентрация свободных носителей в собственном полупроводнике, ni(T)= T·exp(-Eg/2kT), Eg ширина запрещенной зоны.
Температурная зависимость U(T) при постоянном токе определяется температурной зависимостью коэффициентов диффузии и времен жизни электронов и дырок: . Значения показателей γp,n и βp,n зависят от материала. В кремнии γn~ 1,42; γp~ 1,20; βn,p~ 0,5.
Подставляя эти зависимости в (3) и (4) и дифференцируя правую и левую часть этих выражений, с учетом зависимости от температуры ширины запрещенной зоны Eg(T) можно показать, что температурный коэффициент напряжения на переходных областях dUpi,ni/dT при постоянном токе I=Ip+Ig=const отрицателен, а его абсолютная величина монотонно возрастает при повышении температуры и составляет при T 300 К около 2.3 мВ/град. Таким образом, если падение напряжения на переходных областях значительно больше падения напряжения на слое однородного сопротивления, то зависимость U(T) нелинейна. Падение напряжения на слое однородного сопротивления Ui зависит от скорости процессов диффузии и рекомбинации носителей заряда в этом слое. Теоретический анализ показывает, что Ui тем больше, чем меньше эта скорость, то есть чем меньше коэффициент амбиполярной диффузии D=2Dn·Dp/(Dn+Dp) и среднее время жизни носителей заряда в слое однородной проводимости τ = τn·τp/(τnp). Иначе говоря Ui возрастает с уменьшением диффузионной длины .
Как показывает анализ, падение напряжения Ui пропорционально отношению толщины слоя однородной проводимости W к диффузионной длине L Ui≈W/L и, поскольку Dn,p и tn,p, следовательно, и L падают с ростом температуры, Ui с температурой возрастает. Например, в кремнии приближенно L≈T и Ui≈T. Поскольку, как отмечалось выше, падение напряжения на переходных областях падает с ростом температуры, изменение с температурой результирующего напряжения на датчике температуры зависит от соотношения между диффузионной длиной L и толщиной области однородной проводимости. Подбирая это соотношение, можно в значительной степени компенсировать нелинейность зависимости Upi,ni(T). Расчет показал, что наилучшая линейность зависимости U(T) достигается, когда толщина области однородного сопротивления близка к диффузионной длине носителей заряда в области однородного сопротивления, точнее, когда выполняется соотношение (1).
Соотношение для датчика на кремниевом диоде можно уточнить. Учитывая, что для низколегированного кремния Dn 35 см/В·сек, Dp 10 см/В·сек, находим D 17,5 см/В·сек и (4) запишется в виде

Изобретение поясняется чертежом, где дана зависимость вольт-температурной чувствительности от температуры, где кривая 1 характеристика датчика с W= 5L; 2 характеристика датчика с W=1,6L; 3 характеристика датчика с W= 2,5L.
Пример. Рассмотрим полупроводниковый датчик температуры, выполненный из кремния, который состоит из области однородного сопротивления P-типа толщиной 100 мкм с концентрацией примеси 1013см-3 и областей низкого сопротивления с противоположным типом проводимости P+ и N+ с концентрацией примеси 1019см-3. Время жизни носителей 10 сек. Вольт-температурные характеристики снимались в диапазоне температур 77-400 К. Датчик помещался в термостат с контролем температуры образцовым термометром точностью 0,01 К. Измерялось падение напряжения на датчике при стабилизированном питании источником постоянного тока. Полученная зависимость приведена на чертеже.
Предлагаемая конструкция датчика температуры обеспечит по сравнению с конструкцией прототипа повышение линейности вольт-температурной характеристики в рабочем диапазоне температур. Это позволит значительно упростить электронные схемы обработки сигналов датчика.
Источники информации.
1. Патент Франции N 7402575, 25.01.1974.
2. Ильчинский Е.С. Изготовление полупроводниковых датчиков температуры диапазона 4-400 К. Электронная промышленность, 1989, N 9, стр.15-17.
Формула изобретения: 1. Полупроводниковый датчик температуры, содержащий область однородного сопротивления, области низкого сопротивления с противоположным типом проводимости, отличающийся тем, что толщина области однородного сопротивления выбрана из соотношения
W (0,7 2)·L,
где L диффузионная длина носителей заряда в области однородного сопротивления.
2. Датчик температуры по п.1, отличающийся тем, что область однородного сопротивления и области низкого сопротивления с противоположным типом проводимости выполнены из кремния, причем толщина области однородной проводимости связана со средним временем жизни носителей заряда соотношением