[其他]一种掺金硅热敏电阻器及其制造方法

说明书

本发明属于半导体温度传感器领域。本发明采用氯化金涂层扩散，当金和本底净杂质浓度之比为１～１．５时，形成稳定性好，Ｂ值为４０００Ｋ～６０００Ｋ，其均匀度优于０．１％的掺金硅热敏材料，利用该材料的双面高阻层做成串联式热敏电阻，经机械调值后，元件在－３０～＋５０℃温区阻值互换精度为０．２％。高温（８５℃）存放一年的稳定性优于０．３％。本发明可广泛地应用于工业、农业，尤其是医学、生物工程、化学等多方面的温度测量与控制。

本发明属于半导体温度传感器技术领域。

一般氧化物热敏电阻阻值互换精度不超过2%，成品率在20%以内，1981年日本冶金研究所产品介绍，硅热敏电阻在30℃这一温度点阻值互换精度为0.15%。美国1966年专利（3292129）提供了n型熔溶掺金B值为6000K硅热敏电阻制造方法，但这些热敏电阻器制备工艺复杂，成本高，一致性远满足不了测温控温仪表商品化的要求。

本发明涉及一种掺金硅热敏电阻及其制造方法，特别是涉及一种在N型单晶硅片的两个相面扩散金形成高阻层作敏感体的热敏电阻器。采用在N型单晶硅片的两个相对面涂敷氯化金涂层作固体扩散源，进行金-硅之间固相扩散的方法制作高阻层，实现在-30℃～+50℃温区中互换精度为0.2%互换单晶热敏电阻。

本发明依据深能级杂质，Au、Pt、Fe等高温扩散，在N型硅中形成深受主能级，束缚电子随温度热激发使电阻率呈现强烈的温度关系

　　　ρ-N_Au-(N_d-N_a)/N_d-N_a·1/μ_eg_AN_ce^ΔEAu/KT

的原理制成温度敏感材料。金在硅中的溶解度是本底杂质浓度、扩散源比例和扩散温度的函数。仅当金的复合比（金原子与原始材料本底浓度之比）为1～1.5时，材料的B值可达6000K，其均匀度优于0.1%。掺金方法可以是直拉单晶时熔溶掺金，亦可用离子注入掺金。而本发明采用氯化金溶于无水乙醇，涂敷于硅片双面，在高温下进行恒定表面源扩散，在硅表面形成高阻层。掺金硅热敏电阻器的温度特性取决于硅片两面的高阻层的厚度，如图2中的7。扩散掺金硅互换热敏电阻的电接触靠双面化学镀镍形成，利用镍与硅的化学亲合势及高浓度表面态实现良好欧姆接触，如图1中的2。电极引出线采用展延性好，具有良好导电性的镀银铜线。如图1中的2。整个元件用环氧树脂包封，以保证元件的稳定性，如图1中的4。

图1为掺金硅互换热敏电阻的结构图。图中的1是N型硅片，厚度为300μm，面积为1.5×1.5（mm）²;2是电接触镍层，其厚度为2μm;3是焊锡层;4是环氧保护层;5是外引线，其直径为0.2mm。图2为芯片等效图。图中的6为原始硅片低电阻层;7为扩散高阻层，其厚度为2μm;8和9为高阻层等效电阻。

实施例：发明人用1～5Ωcm的N型硅单晶，沿〈111〉晶面切成厚度为300μm的硅片，用M20金铜砂研磨，采用1%的扩散源（乙醇：AuCL·4H₂O＝99∶1）;在1050℃±1℃温度下扩散30分钟，获得常温电阻率ρ＝10KΩ～15KΩ，B值为6000K，其均匀度为0.1%的热敏材料。将扩散后的硅片双面镀镍（镀液配方：氯化镍∶次亚磷酸钠∶氯化铵∶柠檬酸铵∶水＝30g∶10g∶50g∶65g∶1000g），然后划成1.5×1.5（mm）²的小片，用φ0.2mm的镀银铜线锡焊于镍层上（焊接温度控制在200℃以内），经机械调阻，最后用PPS胶和环氧树脂密封（环氧配方：E-51环氧树脂∶多乙烯多铵∶氧化铝粉＝10g∶0.9g∶1g），在85℃下进行800小时老化，获得常温电阻R₂₅＝25KΩ～30KΩ，B值为6000K，在-30℃～+50℃温区，电阻值互换精度为0.2%的热敏电阻器，其成品率达60%以上，稳定性优于0.1%。