Главная Промышленные терморезисторы



ется от -60 до +150° С и совпадает с рабочим интервалом резисторов с низким ТКС. Низкотемпературная примесная область с от, рицательным ТКС в германии пригодна для криогенных применений, и сейчас имеются германиевые термометры, работающие

при криогенных температурах.

Кремний может иметь электронную («-тип) или дырочную (р-тип) проводимость в примесной области. Тип проводимости определяется валентностью легирующей примеси, вводимой в материал. Трехвалентные элементы (А1, В, Ga и др.) юбеспечивают проводимость р-типа, а пятивалентные элементы (Р, As, Sb и др.) дают материал с проводимостью

CoifcmSeH

OifednBHUB

Примесная

пая проёо димошь

Повышение температуры

Рис. 9.1. Температурная характеристи- «-типа. На рис. 9.2 постровны*

ка удельных сопротивлений германия температурные характеристики

и кремния в широком интервале тем- удельного сопротивления крем-

"РГУР ния п- и р-типов с различны-


0 100 zoo Температура, "С


о 100 гоа

Температура, "С

Рис. 9 2. Температурные характеристики удельного сопротивления кремния п-и р-типов в области обеднения; концентрация легирующей примеси взята в качестве параметра: а - п-тип; б - р-тип



ми концентрациями легирующих примесей для диапазона температур, соответствующего положительному ТКС. В этой области удельное сопротивление определяется концентрацией примеси, но изменение удельного сопротивления с температурой не зависит от концентрации примеси, а зависит только от изменения подвижности носителей заряда с температурой. При повышении температуры тепловые колебания кристаллической решетки увеличиваются, что влечет за собой увеличение рассеяния носителей заряда на этих колебаниях, сопровождаемое уменьшением их подвижности. Подвижность электронов и дырок в кремнии п- и р-типов уменьшается с температурой соответственно как Г- и Т"; следовательно, ТКС для кремния п-типа

а„ = 2,5/Г (9.П

и для кремния р-типа

ар = 2,7/Г. (9.2)

Выражения (9.1) и (9.2) дают максимальные теоретические значения а при комнатной температуре (300 К), равные 0,83%/° С для (Кремния п-типа и 0,9%/° С для кремния р-типа. На практике эти значения ТКС почти не достижимы, и в реальных приборах из материала обоих типов проводимости значение ТКС составляет приблизительно 0,77°/о/° С.

9.1. Изготовление и свойства терморезисторов

Исходным материалом для изготовления терморезисторов с положительным ТКС служит монокристаллический кремний, получаемый выращиванием или зонной перекристаллизацией по стандартной методике и содержащий известную примесь с контролируемой концентрацией, равномерно распределенной по всему кристаллу. После отрезания торцевых участков слитка, в которых концентрация примесей может меняться, получается цилиндрический кристалл диаметром 20-50 и длиной 100-300 мм, который проверяют на соответствие техническим требованиям по удельному сопротивлению. Далее кристалл режут на пластины толщиной 2 мм, поверхности которых шлифуют до получения заданной плоскостности и параллельности. В случае структур с торцевыми контактами шлифованные поверхности травят и на них наносят электроды, как правило, химическим осаждением никеля. Структуры другой конфигурации травят на более поздних стадиях технологического процесса. После этого пластины устанавливают строго горизонтально и режут в двух взаимно перпендикулярных направлениях для получения кубиков с длиной стороны 2 мм или брусков размером 2X2X5 мм. Конечные размеры можно варьировать для получения требуемого сопротивления терморезисторов, изготовленных из исходных материалов с несколько отличающимися удельными сопротивлениями. Конечные стадии технологического процесса отличаются у различных изготовителей и за-



висят от пред-почтительной конфигурации (Приборов. Однако общими для iBcex операциями являются припаивание проволочных выводов к контактным поверхностям и герметизация прибора смолой для увеличения его механической прочности. В других конструкциях кремниевый брусок или пластину снабжают механическими контактами, положение которых фиксируют частично расплавленной стеклянной трубкой или заливкой смолой. Луженые медные выводы присоединяют прямо или косвенно к торцевым металлическим контактам. На рис. 9.3 показаны три различные конструкции терморезисторов.




Рис. 9.3. Три типа конструкции кремниевых терморезисторов с положительным ТКС:

/ - вывод; 2 -смола, 3 -элемент; -никелевое покрытие; 5 -припой; 5 - стекло; 7 - молнбдеровый охладитель; 8 - керамическая трубка; 9 - золоченый контакт, /О - вывод с торцевым колпачком

Кремниевые терморезисторы с положительным ТКС имеют сопротивление от 10 Ом до 10 кОм при температуре 25° С, обычно соответствующее стандартному ряду Е12 с допусками на сопротивление 5, 10 и 20%; ТКС изменяется от 0,7 до 0,8% при температуре 25° С, и приближенное соотношение между сопротивлением и температурой можно выразить так:

Rt =25 (7/298)

(9.3)

где Rt и Р25 - сопротивления терморезистора соответственно при температурах Т (в градусах Кельвина) и 298 К.

Рабочий интервал температур большинства приборов изменяется от -65 до +150° С, а у некоторых из них верхний предел поднят до +200° С. Поскольку основные применения кремниевых терморезисторов с положительным ТКС не связаны с режимом работы при нулевой мощности, то зависимость сопротивления от



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 [41] 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67


0.3027