[发明专利]一种低电阻/高温度系数硅单晶热敏电阻及其制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种低电阻/高温度系数硅单晶热敏电阻及其制备方法，属于信息领域的传感器技术中的热敏元件。

(二)背景技术

低阻/高B值(即高温度系数)和高互换精度一直是困搅NTCR元件制造的两大难题。在金属氧化物中B值在400K以上材料电阻率大于1.0KΩcm。为此低阻值/高B值的NTCR不得不采用多层结构。多层结构的内电极问题，端电极问题致使元件一致性差，机械强度低，而且工艺复杂，制造成本高。

近年来，为获得低阻/高B值元件，人们做了种种努力，有人曾在氧化物配方中加入Li、Ca等低价杂质，虽然能降低电阻率，然B值亦随之下降；有人也用金属如Au、Pt粉体掺入氧化物中亦能降低低阻值，同时也大幅度降低B值。

金属离子在硅形成深能级，产生俘获中心，形成高B值热敏材料。中科院新疆物理所在硅中掺Au做成的单晶硅热敏电阻B值高达6000K。但是这种材料与氧化物半导体一样，B值越大电阻率越高，如果采用单片结构元件的阻值仍不可能做到很低。

(三)发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种工艺简单、制造成本低的低电阻/高温度系数硅单晶热敏电阻及其制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种低阻/高温度系数的硅单晶热敏电阻，其特殊之处在于：采用如下方法制成：以N型或P型硅单晶为基片，利用磷或硼扩散在硅片两面形成N⁺或P⁺低阻层；采用重金属离子的扩散在硅片中形成N⁺BN⁺或P⁺BP⁺结构的高B值层，用半导工艺做成具有低阻/高温度系数的NTCR元件。

本发明的低阻/高温度系数的硅单晶热敏电阻，所述硅单晶为直接单晶，晶面为(111)面，电阻率为5-10Ωcm，电阻率的径向分布≤±5％。当Si片为N型时，用P2O5作扩散源，Si片为P型时，用B(NO₃)₂为扩散源。金属离子扩散为用Au、Ni、Fe、Pt、Mn、Cr、Co的金属盐作扩散源。所述金属盐扩散源，对于N型硅片采用AuCl2、PtCl2、Ni(NO3)2的一种或几种配成5-8％浓度的溶液作为涂敷扩散的扩散源；对P型硅单晶用AuCl2、PtCl2、FeCl3和Mn(NO3)2的任意一种或几种作扩散剂配成浓度为5-8％的扩散源。

本发明的低阻/高温度系数的硅单晶热敏电阻的制造方法，其特殊之处在于：以N型或P型硅单晶为基片，利用磷或硼扩散在硅片两面形成N⁺或P⁺低阻层；采用重金属离子的扩散在硅片的中心部份形成高B值层，用半导工艺做成具有低阻/高温度系数的NTCR元件；扩散为涂层扩散，扩散源涂敷在硅片的表面，在N2保护下进行高温扩散；P和B的扩散温度为1200-1250℃，时间为20-25小时；金属离子扩散的扩散温度为1000-1100℃，时间为4-6小时。

本发明的低阻/高温度系数的硅单晶热敏电阻的制造方法，半导体工艺包括扩散片经表面处理、表面电极制作、划片、引线焊接和包封工艺几个步骤，其中表面电极制作采用化学镀镍工艺，镀液的重量配比为：

氧化镍      16.5g

次亚磷酸钠  7.5g

柠檬酸钠    2.5g

硫酸亚锡    0.0005g

水醋酸      2.5g

水          471g；

镀液PH值8-9、温度保持在90-95℃，镀层的厚度为2-3um。

本发明的原理和具体内容如下：

1、N⁺ N N⁺或P⁺PP⁺硅片的制备是在N-型或P-型硅片的两面采用涂层扩散形成N⁺ N N⁺或P⁺PP⁺结构。扩散的深度和浓度由扩散温度和扩散时决定。以N型硅为例，采用P2O5饱和溶液作扩散源硅片厚度为250Um，扩散20小时，杂质分布如图1，电阻率分布如图2，即在硅片的两面的电阻率远远低于原始材料的电阻率，中心部分仍为原始电阻率。控制扩散时间可以调整中部的宽度，将中心部份的宽度做到5-10um。这对形成极薄的高B值热敏层提供了方便。

2、N⁺B N⁺结构的制备