Полупроводниковый датчик температуры

 

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий пластину полупроводника , частично покрытую слоем диэлектрика, два электрода, один из которых размещен поверх слоя диэлектрика , а другой непосредственно на свободной от диэлектрика части поверхности пластины полупроводника. отличающийся тем, что. с целью расширения диапазона измеряемых температур, в объеме полупроводника , у границы раздела полупроводник - диэлектрик, сформирован тонкий спой с приповерхностным истощающим i потенциальным барьером, величина которого переменна по площади пластины. (Л vj ел CJ5

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51)4 О 01 К 7/34

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ,д

11 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А,BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3645883/24-10 (22) 06.06.83 (46) 15.11.85. Бюл, М - 42 (72) М, Ф, щербакова, В. С. Лысенко, P. Н, Литовский, N, М. Локшин и А. Н. Назаров (53) 536.5(088.8) (56) Заявка Великобритании Ф 2107060, кл, 01 К 7/34, опублик, 20,04.83 г.

J. à, Topich, Temperature Sensitivity of Ionimplanted N0S capacitors.

Арр1. Phys. Lett,, 34 (II), I June

1979, р. 787-788. (54) (57) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК

ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий пластину полупроводника, частично покрытую слоем диэлектрика, два электрода, один иэ которых размещен поверх слоя диэлектрика, а другой — непосредственно на свободной от диэлектрика части поверхности пластины полупроводника, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых температур, в объеме полупроводника, у границы раздела полупроводник — диэлектрик, сформирован тонкий слой с приповерхностным истощающим потенциальным барьером, величина которого переменна по площади пластины.

1191756

Изобретение относится к технике измерения температуры, а именно к полупроводниковым датчикам температуры, и может быть использовано, например при производстве при испыта- 5 ниях полупроводниковых приборов в интегральных микросхемах.

Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых температур.

Па фиг. 1««,b I« представлены различные варианты конструкции датчика; на фиг. 2 — температурные характеристики для двух датчиков предлагаемой конструкции (кривая I и кривая II).

Датчик температуры состоит из пластины полупроводника 1, слоя диэлектрика 2 и металлических электродов 3 и 4, В объеме полупроводника непосредственно у гра««иць«раздела полупровод ик - диэлектрик расположен 1« тонкий (0,02-0,4 мкм) приповерхностный слой 5 с противоположным по отношению к подножке типом проводимости либо с большим содержанием глубоких компенсирующих дефектов, в результате 5 чего формируется приповерхностны«« потенциальный барьер, величина которого переменна по площади пласти1.

Один металлический электрод 3 дат-)g чика расположен на слое диэлектрика

2, а другой электрод 4 образует омический контакт с материалом полупроводника, причем электрод 4.может быть расположен как на обратной стороне (фиг. 1Я), так и на лицевой стороне пластины (фиг. 1 5,в) — планарный вариант. В последнем случае технология создания термодатчика сочетается с технологией изготовления интеграль- п ных ь«««кросхе««, При формировании электрода 4 на лицевой поверхности для обеспечения омичности его контакта с материалом полупроводника необходимо либо созда"45 вать локальные области с истощающими потенциальным барьером под электродом

3 (фиг. 1,о) либо изготавливать дополнительные контактные слои 6 (фиг. 1;5) на глубину, превышающую «б толщину слоя с истощающим потенциальньп« барьером. При этом электроды 3 и

4 должны быть взаимно разнесены по планарной поверхности на расстояние, значительно больше толщины истощающего барьера.

Максимальная высота приповерхност-. ного потенциального барьера не может превышать высоты барьера резкого р-п перехода 0,7 эВ, минимальная ограничена тепловой энергией носителей в выбранном температурном интервале, т,е. 0,1 эВ. Способы создания такого приповерхностного слоя могут быть различные: равномерное ионное легирования полупроводника примесью противопохсного типа и последующая активация примеси лучевым отжигом с переменным по отжигаемой поверхности энергетическим режимом, ионное легирование поверхности кремния и отжигом различньгх участков легированного слоя при разных температурах, либо другие способы, в результате чего образуется приповерхностный потенциальный барьер переменной величины (высоты), так как параметры легированного слоя зависят от концентрации вводимой при ионном легировании примеси и от степени ее активации, о««ределяемой режимом последующего отжига. При этом возможно также создание указанного потенциального барьера путем внедрения нейтральных ионов, например ионов аргона с переменной по площади концентрацией электрически активных дефектов. При формировании потенциального барьера с помощью электрических активных примесей тип последних должен быть противоположен типу примесей в исходном материале полупроводника.

Дозы вводимых частиц лежат в пределах 0 01-0,1 мкКл/см, глубины внедрения 200-3000 А.

Принцип работы датчика температуры основан на сильной температурной зависимости концентрации основных для подложки носителей в созданном приповерхностном слое истощения, которая определяет малосигнальную проводимость, П«и возрастании тем- пературы происходит увеличение этой концентрации и, следовательно, малос««г««альноц проводимости (емкости ), шунтирующей емкость приповерхностного слоя истощения, формируемого приповерхностным потенциальным барьером.

Линейность характеристик датчика (фиг, 2) температуры в широком интервале температур достигается суммированием характеристик большого числа очень малых по площади емкостей, каждая из которых имеет ли1191756

BHHHIIH Заказ 7148/38 Тираж 896 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 нейную температурную зависимость в своем узком диапазоне температур.

В рабочем диапазоне температур датчика существует однозначная линейная зависимость между величиной измеряемой емкости и температурой полупроводникового слоя, Пример l. Датчик изготовлен на кремнии и-типа проводимости с удельным сопротивлением 4,5 Ом/см в качестве диэлектрика использован термический слой SiO толщиной

0,2 мин. Приповерхностный истощающий потенциальный барьер готовится легированием ионами бора с энергией 55 кэВ и дозой 0,2 ммКл/см через 2 слой окисла, Активация внедренных частиц бо-. ра проводится лучом лазера ЛТИ-502 с переменным энергетическим режимом: энергия луча при сканировании изменяется от 0,1 до 3,5 Дж/см г

Характеристика датчика линейна в диапазоне температур 60-320 К

5 (кривая I на фиг, 2), D р и м е р 2. Датчик изготов« лен путем легирования кремния и-типа проводимости с удельным сопротив- лением 4,5 Ом/см ионами аргона через слой термически выраженного окисла. Энергия внедряемых ионов аргона 100 кэВ, доза изменяется по площади от 0,05 до 0,7 мкКл/см

Характеристика датчика линейка

15 в диапазоне температур 100 - 285 К (кривая II на фиг.. 2).

Температурная чувствительность изготовленных таким образом термодатчиков составляет I-5Х/град при

20 С = 10 пФ/см