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发布时间:2017-12-03 阅读:

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  摘要:Z元素有进一步的发展潜力。他们的特性和应用可以扩展成新型的电子设备。在深入探讨Z元件工作机理的基础上,开发了一些基于温度,光和磁敏Z元件的新型半导体敏感元件,如金掺杂γ-硅热敏电阻,砷以及新的V / F转换器。本文重点介绍了这些新型敏感元件的电路结构和工作原理。这些新型传感器具有生产工艺简单,体积小,成本低等特点。关键词:热敏电阻,掺silicon硅热敏电阻,Z型元件,力敏Z型元件,V / F变换器一,简介Z型半导体传感器(Z-简单,标准化,使用灵活配置,应用发展潜力大。包括Z元件,只包含两个(或三个)元件,可以构成电路中最简单的三端子传感器,特别是三端子数字传感器已经引起了众多用户的关注。元器件现有的温度,光,磁性,以及正在开发中的四种灵敏度品种,可以分别对不同的电路配置,开关量输出,模拟量或脉冲频率信号,对应不同品种的三端子传感器。 ,例如只有温敏Z分量可以由12种电路结构组合而成,输出12种波形可以实现6种基本应用[3]考虑到其他轻,磁或力敏Z几个品种,其发展空间的扩大将是非常可观的。为了拓宽Z元素的应用,深度和广度都有很大的价值。基于上述温度,光磁敏Z元件,结合生产技术和应用开发实践,本文对半导体工作机理和电路应用配置进行了进一步的扩展研究,形成了一些新的敏感组件的类型。作为示例的一部分,本文重点介绍了新型g-硅掺杂热敏电阻,力敏Z-元件和新型V / F转换器,以供用户分析和应用开发参考。这些新型敏感元件体积小,生产工艺简单,成本低,使用方便等特点。其次,掺杂金g-硅新型热敏电阻1.总结制造使用g-硅单晶的半导体器件并不罕见。特别是,还没有关于通过使用诸如Z元件的高电阻g-硅单晶来制造Z元件以外的半导体器件的报道。 Z元素的特殊性质主要取决于高电阻g-硅区域(即ni区域)的特性。深入研究了掺杂金的高电阻g-硅的性能。希望半导体器件工作者的高度关注。本部分从研究掺杂G-Si的特性出发,研制了一种新型的G型硅热敏电阻掺杂的热传感器。介绍了新型热敏电阻的工作原理,技术特点和应用特点。 2.掺金g-silicon热敏电阻器的工作机理“掺金g-silicon热敏电阻器”,被称为硅掺杂硅热敏电阻器,正在深入研究Z元件的微观工作机理,根据以新的结构和新的生产工艺的设计和制造,在温度检测和控制领域提供了一种新型的温度敏感元件。为了熟悉和正确使用这种新型温敏元件,首先要了解其工作机理。 Z元素是一个修改后的PN结,其N区是重掺杂和补偿的,即在高阻硅材料上形成的PN结,由重金属补偿,所以它具有特殊的半导体结构和特殊的伏安特性。图1示出了Z元件的正向伏安特性曲线,图2示出了Z元件的半导体结构的示意图。从图1可以看出,Z元件具有“L”型伏安特性[1]。这个特点可以分为三个工作领域:M1高阻区,M2负阻区和M3低阻区。其中,M1区的高电阻具有较高的温度敏感性,自然成为掺杂g-硅热敏电阻发展的主要焦点。从图中可以看出,如图2所示,Z元件的结构按以下顺序:金属电极层-P +欧姆接触面积-P型扩散区域-PN结接面 - 低掺杂高补偿N面积,即n-.i面积 - n +欧姆接触面积 - 金层电极层。可见Z-元件是修改的PN结,其具有由四层结构构成的p + -pn-.i-n +,其是N型高电阻硅区域n-Si,Si区域的核心。建立了金g-silicon区域作为掺金g-silicon热敏电阻奠定了物理基础。 Z元件的正传导机制是基于“管道击穿”和“管道雪崩击穿”的模型[2]。 Z元素是PN结。对于图2所示的Z元件的结构,可以分析P-N结的经典理论。因此,在p-n-i两个区域也应该存在自建电场。由于P区的电场非常薄,自建的电场区主要反映在ni区,几乎占据了全部的ni区,所以在宽电场区的场强非常弱, - 组件表现出高度的抵抗力。如果向Z元件施加正向偏置,则正向偏置将抵消由于Z元件内部的自建电场的正向偏置场的相反方向而产生的自建电场。此时根据经典的PN结理论分析,应该进入正向导通状态,但由于Z型元件是修正的PN结,所以n-i型区域是重金属掺杂的高补偿区域,由于载流子被重金属陷阱俘获,其阻值为兆欧级,其正向电流较小,如“L”曲线为线性电阻区即“M1”区所示。此时,如果存在温度场,由于热激励的作用,在重金属阱中释放的载流子不断增加,并且参与导电,这不可避免地具有高温度敏感性。在M1领域还没有形成导电管,如果施加的正向偏置太大,会产生“管道击穿”甚至“管道雪崩击穿”将破坏新型掺G硅热敏电阻的热阻这是一个特殊问题用这个热敏电阻在这个理论模型的指导下,很容易想到,如果Z元件的n-.i区域是分开制造的,那么它必须是高灵敏度的热敏电阻器(因为半导体伴随着光效应,一个光敏电阻),它可以由金g-silicon新型热敏电阻构成基本结构,如图3所示。由于新型g掺杂硅热敏电阻不存在PN结,其中n-i层为掺杂g-硅,不是Z元素n-.i面积。测试结果表明,该结构的电特性是热敏电阻。热敏电阻具有NTC特性,比现有的NTC热敏电阻具有更高的温度灵敏度。 3.金掺G型硅热敏电阻的生产工艺金掺G型硅热敏电阻的生产工艺流程如图4所示。可以看出,生产工艺与Z元件生产工艺的最大区别在于P区没有扩散,所以不是修改后的PN结,与目前的NTC热敏电阻生产工艺完全不同。这种掺杂新型g-silicon热敏电阻所使用的特殊材料和特殊工艺决定了其性能与目前的NTC热阻电阻有很大的不同,其性能优劣。 4.与掺杂g-硅热敏电阻的NTC热敏电阻的性能比较从上述结构模型和工艺分析可以看出,g掺杂硅层是由金的扩散形成的高度补偿的N型半导体没有PN结结区域。其导电机理是在外电场的作用下,未被重金属补偿的剩余施主电子参与导电,金陷阱中的电子所表现的电阻特性因外部热而被激活。由于原料是高电阻的g-硅,原来的供体浓度很低,而且还困住了一些陷阱,剩下的几个电子就会很少。涉及传导的电子主要是在绝对份额中已经在陷阱中热激活的电子。换句话说,在一定温度下掺杂金的g-硅热敏电阻电阻,是由金浓度的过程决定的。研究和实践也证明了这一理论分析。不同的金扩散浓度可以是几千欧姆到几兆欧姆的电阻。黄金扩散已经成为产品质量和绩效控制的关键环节。我们认为,由于掺金的g-硅热敏电阻的导电机制与目前的NTC热敏电阻导电机制完全不同,所以特性差别很大,有各自的优缺点。掺金的g-硅热敏电阻的优点:生产工艺简单,成本低,便于批量生产,电阻范围广(从几千欧姆到几兆欧),灵敏度高,特别是在低温室温以下。大约比NTC热敏电阻高一个数量级。缺点是:一组产品在电阻的一致性差,线性比NTC,使用电压阈值限制,超出门槛将出现负阻。掺金的g-硅新型热敏电阻和NTC热敏电阻的电阻温度灵敏度特性如图5所示。在不同温度下,测量值的温度灵敏度比较如表1所示。g-g-silicon热敏电阻是一种新型的温敏组件。虽然这篇文章对工作机制做了较为详细的分析,但是现在的技术还没有完全成熟,愿意与用户共同探讨,通过流程的改进和完善,使这个新的组件早日成熟为客户服务的市场。表1不同温度下的温度敏感性比较(kΩ/℃)℃0#1#2#3#4#5#6注6.3 6.3 12.4 29.8 28.9 32.1 25.7 35.0 36.1 10.7 9.5 21.0 20.5 22.8 17.8 24.9 25.6 14.9 7.9 16.2 15.9 17.3 13.6 19.2 19.6 21.3 5.1 9.3 9.1 9.9 7.9 11.0 11.2 \\ u0026 nbsp; 26.9 4.2 7.7 7.8 7.0 8.2 7.1 8.0 \\ u0026 nbsp; 31.0 3.4 4.2 4.4 4.7 3.7 5.2 5.2 \\ u0026 nbsp; 36.2 2.7 3.2 3.2 \\ u0026 gt; 23.4 \\ u0026 lt; 2.7 \\ u0026 gt; 3.8 3.8 \\ u0026 gt; 42.1 2.0 2.2 2.2 2.3 1.8 2.6 2.5 \\ gt; 49.5 1.0 1.0 1.0 1.1 0.8 1.3 1.3 \\ u0026 gt; 57.0 0.9 0.8 0.8 0.9 0.7 1.0 1.0 67.0 0.7 0.6 0.6 0.6 0.5 0.7 0.7 \\ u0026 gt; 74.5 0.7 0.5 0.5 0.5 0.43 0.6 0.6 \\ \\ u0026 \\ u0026 \\ u0026 \\ u0026 \\ u0026 \\ u0026 \\ u0026 \\ u0026 86.0 \\ u0026 0.3 \\ u200b \\ u200b 0.2 \\ u200b \\ u200b 0.2 \\ u200b \\ u200b 0.2 \\ u200b \\ u200b \\ u0026注:表1中的0#样品为NTC热敏电阻,

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