[发明专利]基于交变频率的正、负、Delta温度系数热敏电阻主动切换法

说明书

本发明提供一种基于交变频率的正、负、Delta温度系数热敏电阻主动切换法。通过强关联半导体对不同频率交变信号的电阻相应及其温度关系，实现其电阻温度关系在负温度系数热敏电阻、Delta温度系数热敏电阻、正温度系数热敏电阻三种不同功能特性间的主动式切换的方法。区别于传统通过材料组分与器件结构控制材料电子输运功能特性的传统手段，本发明可以通过对所施加交变电信号频率的调节，控制所实现热敏电阻输运性能在负温度系数热敏电阻、Delta温度系数热敏电阻、正温度系数热敏电阻三种不同功能特性间的主动式切换。本发明所提供技术可进一步实现对电子器件与电路工作中温度探测与控制的高精度化与智能化。

技术领域

本发明属于电子器件、电子信息技术、人工智能、自动控制等领域，具体地涉及一种通过强关联半导体对不同频率交变信号的电阻相应及其温度关系，通过对所施加电信号交变频率的调节实现其电阻温度关系在负温度系数热敏电阻、Delta温度系数热敏电阻、正温度系数热敏电阻三种不同功能特性间的主动式切换。本发明可进一步实现对电子器件与电路工作中温度探测与控制的高精度化与智能化。

背景技术

现代电子工业中对于温度的测量传感与控制依赖于热敏电阻材料与器件，而如何提高热敏电阻的性能与可靠性并提高其在应用灵活性，是未来进一步发展人工智能、精密控制等领域的关键性基础问题。热敏电阻的主要工作原理在于利用材料电阻率随温度的相应关系，实现对温度的探测与传感。从温度电阻变化关系上看，热敏电阻主要包括突变式热敏电阻、渐变式热敏电阻、Delta-温区阻变式热敏电阻等【1-5】。

其中，突变式热敏电阻的主要特点在于材料的电阻率随温度的变化发生缓变，而单位温度所引发的材料电阻率变化率的百分比称为热敏电阻系数【1】。当电阻随温度升高逐渐增大时，材料的热敏电阻系数为正；而当温度升高使电阻率逐渐减小时，材料的热敏电阻系数为负。常见渐变式热敏电阻的电阻温度系数绝对值通常大于2％K^-1，其材料主要包括：锰基、镍基等具有尖晶石或钙钛矿结构的过渡族元素金属氧化物以及非晶硅等。其主要应用包括温度测量、热扰动探测、红外探测、涌浪电流抑制等方面【1-5】。

与之相比，突变式热敏电阻的电阻率在一个特征温度的触发下发生非连续性突变【6-9】。突变式热敏电阻主要包括二氧化钒(突变温度为68摄氏度)【6,7】、镍酸钐(突变温度为120摄氏度)【8,9】、镍酸钕(突变温度为120凯尔文)【8】、镍酸铕(突变温度为180摄氏度)【8,9】等。突变式热敏电阻特性主要源于电子能带间的强关联库伦作用，其主要与应用于抑制涌浪电流、电路保护等方面。

此外，近年来人们在稀土镍基钙钛矿氧化物薄膜材料中实现了材料电阻率随温度先增加后减小的Delta-式电阻温度变化关系，并由此制备了Delta温度系数热敏电阻【10】。该电阻随温度变化的极值关系可以通过调节稀土元素种类实现在较宽广温区范围内的进一步调节。利用电阻在一定温度区间内的极大值点，可实现锁定电子器件在特定温度区间的工作状态等方面的电子器件应用【10】。

综上所述，现有热敏电阻的设计制备思路主要局限于通过预定的材料组分选择与器件结构设计被动实现上述多种热敏电阻功能中的一种。然而，目前所知技术中尚缺乏一种能够实现在不改变电子材料组分与器件结构的前提下，通过外加电信号手段实现多种热敏电阻特性的共存以及相互间切换。

参考文献：

【1】E.Ohg,Negative temperature coefficient resistance(NTCR)ceramicthermistors:An industrial perspective.J.Am.Ceram.Soc.,2009,92,967–983

【2】A.Rogalski,Infrared detectors:an overview.Infrared PhysicsTechnology 2002,43,187–210

【3】吴诚，苏君红，潘顺臣等，非致冷红外焦平面技术评述(上)，红外技术，1999，21(1)：6