一种锰掺杂的负温度系数单晶硅热敏电阻制造技术

一种锰掺杂的负温度系数单晶硅热敏电阻，其特征在于该热敏电阻通过金属锰真空高温扩散或硝酸锰涂层高温扩散将锰掺入单晶硅中，改变扩散温度和时间，即可实现其材料常数Ｂ值和２５℃标称电阻的改变。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锰(金属锰或锰盐)掺杂的负温度系数单晶硅热敏电阻。
技术介绍
功能材料及传感器技术是我国信息技术的三大产业之一。负温度系数热敏电阻元件是传感器技术中最重要，应用面最广，发展最快的一类传感器，为世界各国所重视，已形成一个独立的产业；全世界每年用量达20亿支，国内每年用量约3-4亿支，而国内目前每年生产量为1.5亿左右，国内市场的60-70％被日本、韩国、美国产品所占有。预计到2010年，我国将成为世界上生产、应用和销售热敏电阻的大国，国内用量将达到10亿支以上。随着信息技术的发展、电气化的普及，热敏电阻的用量和品种将大幅度增加，特别是一些高精度、高B值/低阻值元件将成为热敏电阻行业的短线产品。目前，国内外各生产厂家使用的热敏功能材料均是以过渡金属氧化物(如Co3O4、Mn2O3、Fe2O3、NiO、CuO)的混合多晶材料为起始材料(直接用金属氧化物粉体，或者用化学共沉淀法、溶胶-凝胶法由金属盐中制取金属氧化物)，通过压锭烧结、流延技术或压延工艺制备热敏材料。其主要问题是根据多晶氧化物半导体的固有规律，材料常数B值(ΔE/2k)高时电阻率必然也高，因此用这种材料难以实现高B值/低阻值。近年来，为了满足市场对特种元件(高B值/低阻值)的要求，人们还采用在氧化物材料中掺杂稀土元素等技术，但至今未得到满意结果。硅基热敏功能材料以硅单晶为基础，掺杂特定金属原子，形成深能级俘获中心，使材料产生热敏特性。这种材料不存在晶粒、晶界、气孔和相分布，材料的均匀性、一致性和重复性好。经过严格控制掺杂原子在硅中的浓度及其分布，在硅中掺杂锰，利用这种金属的变价性质，易于实现用氧化物热敏材料难以解决的高B值/低阻值元件。这些关键技术问题的解决，将提高热敏材料和元件的一致性、重复性、稳定性。迄今为止，与掺锰高补偿硅技术应用开发直接相关的研究未见报导。而间接相关的研究有在Si、Ge等半导体材料中掺金提高器件开关速度和频率特性的研究，以及在硅中掺金形成热敏材料用以做成热敏电阻等。1983年日本东芝公司研制出掺金硅热敏电阻，获得B＝4300K，R＝15kΩ；1985-1987年中国专利85102901.9和87103486.3，研制出掺金及掺铂硅热敏电阻。但这些研究未涉及锰补偿掺杂，特别是未涉及利用变价金属离子的补偿行为制备高B值/低电阻材料。本专利技术经过大量的研究试验表明在单晶硅中扩散掺杂锰，改变扩散温度和时间，即可实现其材料常数B值和25℃标称电阻改变。
技术实现思路
本专利技术目的在于，研制的一种锰掺杂的负温度系数单晶硅热敏电阻，该热敏电阻通过金属锰真空高温扩散或硝酸锰涂层高温扩散将锰掺入单晶硅中，锰原子形成深施主能级，硅单晶成为高度补偿的半导体材料。温度升高，深能级俘获的载流子跃迁至导带，引起材料电阻率发生变化，从而呈现热敏特性，改变扩散温度和时间，即可实现其B值和25℃标称电阻的改变。本专利技术所述的一种锰掺杂的负温度系数单晶硅热敏电阻，该热敏电阻通过金属锰真空高温扩散或硝酸锰涂层高温扩散将锰掺入单晶硅中，改变扩散温度和时间，即可实现其材料常数B值和25℃标称电阻的改变。一种锰掺杂的负温度系数单晶硅热敏电阻的制备方法，通过金属锰真空高温扩散或硝酸锰涂层高温扩散将锰掺入单晶硅中，具体操作步骤按下例进行真空扩散a、采用电阻率为0.1-10Ω·cm的p型单晶硅，用粒度5-20μm碳化硼磨硅片，在去离子水中用超声波去砂，冷热去离子水清洗，用王水煮，再用冷热去离子水清洗，再用工业乙醇脱水；b、将处理好的硅片放入一端封闭的石英管中，并放入3-30毫克的金属锰，抽真空，保持真空度1.33×10-3Pa以上，然后封口；c、将装有金属锰和硅片的密封石英管放在高温扩散炉的恒温区中，在温度800℃-1300℃进行扩散，扩散时间10-60分钟，取出石英管冷却；d、对扩散好的硅片用粒度5μm的碳化硼磨片，用超声波去砂，再用氟化氢浸泡5-10分钟、去离子水清洗，王水煮、冷热去离子水清洗后镀镍电极；e、划片，玻璃封装，在恒温槽中测试电阻和温度之间的关系；f、在恒温箱中75℃-85℃下进行90-110小时的老化实验；涂层扩散a、采用电阻率为0.1-10Ω·cm的p型单晶硅，用粒度5-20μm碳化硼磨硅片，在去离子水中用超声波去砂，冷热去离子水清洗，用王水煮，再用冷热去离子水清洗，再用工业乙醇脱水；b、在硅片两面滴上浓度为20-70％的硝酸锰溶液，红外灯下烘干；c、将烘干的硅片放在石英舟中，将石英舟推入高温扩散炉的恒温区中，在温度800℃-1300℃进行扩散，扩散时间10-60分钟，取出硅片；d、对扩散好的硅片用粒度5μm的碳化硼磨片，用超声波去砂，再用氟化氢浸泡5-10分钟、去离子水清洗，王水煮、冷热去离子水清洗后镀镍电极；e、划片，玻璃封装，在恒温槽中测试电阻和温度之间的关系；f、在恒温箱中75℃-85℃下进行90-110小时的老化实验；本专利技术所述的一种锰掺杂的负温度系数单晶硅热敏电阻，该热敏电阻的特性为1.把锰通过高温扩散掺入单晶硅中，选择适当的扩散温度和时间，其成品的的一致性，重复性理想。2.掺锰硅单晶热敏电阻的工艺简单。3.对于掺锰单晶硅热敏电阻，通过改变扩散温度和时间即可实现其材料常数B值和25℃标称电阻的改变，不涉到其它条件的变化。4.利用锰的变价特性和掺杂补偿性质，可制备高B值/低阻值材料。前面提到的掺金硅热敏电阻，当B值为4300K时，电阻为15KΩ，而我们在同样条件下扩散锰，当B值为4300K时，电阻可减少到1.2KΩ。具体实施例方式实施例1真空扩散a、采用电阻率为0.1Ω·cm的p型单晶硅，用粒度5μm碳化硼磨硅片，在去离子水中用超声波去砂，冷热去离子水清洗，用王水煮，再用冷热去离子水清洗，再用工业乙醇脱水；b、将处理好的硅片放入一端封闭的石英管中，并放入3毫克的金属锰，抽真空，保持真空度1.33×10-3Pa以上，然后封口；c、将装有金属锰和硅片的密封石英管放在高温扩散炉的恒温区中，在温度800℃进行扩散，扩散时间60分钟，取出石英管冷却；d、对扩散好的硅片用粒度5μm的碳化硼磨片，用超声波去砂，再用氟化氢浸泡5分钟、去离子水清洗，王水煮、冷热去离子水清洗后镀镍电极；e、划片，玻璃封装，在恒温槽中测试电阻和温度之间的关系；f、在恒温箱中75℃下进行90小时的老化实验即得产品，材料常数B值为3600k，25℃的电阻值为750Ω。实施例2涂层扩散a、采用电阻率为1Ω·cm的p型单晶硅，用粒度10μm碳化硼磨硅片，在去离子水中用超声波去砂，冷热去离子水清洗，用王水煮，再用冷热去离子水清洗，再用工业乙醇脱水；b、在硅片两面滴上浓度为40％的硝酸锰溶液，红外灯下烘干；c、将烘干的硅片放在石英舟中，将石英舟推入高温扩散炉的恒温区中，在温度1000℃进行扩散，扩散时间40分钟，取出硅片；d、对扩散好的硅片用粒度5μm的碳化硼磨片，用超声波去砂，再用氟化氢浸泡5-10分钟、去离子水清洗，王水煮、冷热去离子水清洗后镀镍电极；e、划片，玻璃封装，在恒温槽中测试电阻和温度之间的关系；f、在恒温箱中80℃下进行100小时的老化实验即得产品，材料常数B值为3700k，25℃的电阻值为11.3kΩ。实施例3真空扩散a、采用电阻率为5Ω·cm的p型单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锰掺杂的负温度系数单晶硅热敏电阻，其特征在于该热敏电阻通过金属锰真空高温扩散或硝酸锰涂层高温扩散将锰掺入单晶硅中，改变扩散温度和时间，即可实现其材料常数B值和25℃标称电阻的改变。2.根据权利要求1所述的一种锰掺杂的负温度系数单晶硅热敏电阻的制备方法，其特征在于通过金属锰真空高温扩散或硝酸锰涂层高温扩散将锰掺入单晶硅中，具体操作步骤按下例进行真空扩散a、采用电阻率为0.1-10Ω·cm的p型单晶硅，用粒度5-20μm碳化硼磨硅片，在去离子水中用超声波去砂，冷热去离子水清洗，用王水煮，再用冷热去离子水清洗，再用工业乙醇脱水；b、将处理好的硅片放入一端封闭的石英管中，并放入3-30毫克的金属锰，抽真空，保持真空度1.33×103Pa以上，然后封口；c、将装有金属锰和硅片的密封石英管放在高温扩散炉的恒温区中，在温度800℃-1300℃进行扩散，扩散时间10-60分钟，取出石英管冷却；d、对扩散好的硅片用粒度5μm的碳化硼磨片，用超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴维真，陈朝阳，丛秀云，张建，
申请(专利权)人：中国科学院新疆理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：