[其他]碳化硅(SiC)二极管温度传感器

说明书

本发明是一种碳化硅二极管温度传感器，可用于0～700℃范围的温度测量。

常用中温区温度测量元件有热电偶、铂电阻以及热敏电阻等。热电偶灵敏度很低，如镍铬-镍铝热电偶的灵度为40μV/℃左右;铂电阻的灵敏度也较低，桥路灵敏度一般在1mv以下，而且体积较大;热敏电阻虽然灵敏度高，但为非线性元件。

由张开逊等人发明的“α-碳化硅PN结宽温度区高线性度测温技术”（1985年6月30日人民日报），其碳化硅PN结温度传感器测温范围为0～500℃，灵敏度为-2～-3mV/℃，非线性偏差为0.5%～1%（第五砂轮厂“BW温度传感器”说明书），虽然具备了灵敏度高，线性好以及体积小等优点，但是它的测温上限还不够高，不能充分发挥出此类温度传感器可能实现的优异测温性能。

本发明的目的是制造一种测温范围更宽，特别是测温上限更高的碳化硅二极管温度传感器。

附图1为本发明的结构示意图。1为P型层，2为N型层，3和4为钨膜，5和6为金膜，7和8为金丝引线，9和10为铂丝或镍丝后引线，11为微晶玻璃包封层，12为氧化铝双孔瓷管，13为微晶玻璃粘固层。

附图2A为体电阻大时的碳化硅二极管温度传感器的V-T特性曲线。

附图2B为本发明的温度传感器的V-T特性曲线。

本发明的要点在于碳化硅二极管温度传感器，当用P型碳化硅单晶做基底外延N型层时，在外延的同时，使氮原子从两面扩散到P型基底中去。当用N型碳化硅单晶做基底时，外延的P型层厚度小于0.1mm。采取上述措施后，减小了PN结中半导体的体电阻，从而减小了传感器正向压降的热敏电阻非线性影响。这样，既便是增大工作电流、提高二极管正向压降，也可以保证在测量范围内低温段线性良好，因此达到提高测温上限的线性范围的目的。

本发明用钨做电极材料，在钨电极上镀金膜，使引线与电极欧姆接触良好。

本发明采用特种微晶玻璃包封PN结，包封温度低，在空气中包封也不损伤电极材料，不损害欧姆接触。在750℃时仍有良好的包封性能。

微晶玻璃的组份范围（Wt%）是：

ZnO25～55MgO2～7

B₂O₃15～25BaO2～7

SiO₂8～27SnO₂1～3

Al₂O₃3～15Cr₂O₃0～1

微晶玻璃最佳组份范围（Wt%）是：

ZnO30～50MgO4～5

B₂O₃20BaO4～5

SiO₂10～25SnO₂2～3

Al₂O₃5～12Cr₂O₃0～1

包封温度范围是650～800℃，最佳包封温度范围是650～750℃，包封时间范围是1～60分钟，最佳包封时间范围是5～40分钟，包封气氛是空气。

实施例：

用P型六角片状碳化硅单晶片，抛光后，在以石墨为加热器的气相外延炉中，用绿色工业碳化硅砂做炉料，在外延时，通以纯氮气进行掺杂，外延一层N型碳化硅单晶，形成如图1中的P型层1和N型层2的PN结。在此过程中，氮原子从基底的两面扩散到其内部。PN结单晶片的厚度为0.3～0.4mm。

形成了PN结的碳化硅单晶片，两面蒸发上厚为1-10μm钨膜（3、4），再两面蒸发上厚为1～2μm的金膜（5、6），经过合金化热处理，使得镀膜牢固后，切成长宽都为0.7mm左右、厚为0.3～0.4mm的管芯，采用2～4mm长金丝做引线（7、8），将该引线热压焊在管芯两面的金膜（5、6）上面。采用铂丝或镁丝做后引线（9、10）。采用微晶玻璃粘固层（13）把后引线（9、10）与氧化铝双孔瓷管（12）粘固起来。

用一种特制的微晶玻璃材料把PN结包封起来，形成包封层（11），其典型组份（wt%）为：

ZnO30MgO5

B₂O₃20BaO5

SiO₂25SnO₂3