Полупроводниковый датчик температуры

(5 ИЗОБРЕТИДЕТ ЕЛЬСТВУ ИСА К А,ВТОРСНОМ Лысенко,шин и У 2107060, 20,04.83 г, иге Бепздгхсарас).гога1 )цпе ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(21) 3645883/24- 0 (22) 06.06,83 (46) 15,11.85. Бюл, У 42 (72) М, Ф. щербакова, В, Р, Н, Литовский, М, М, Л и А, Н, Назаров (53) 536,5(088.8) (56) Заявка Великобритан кл. 5 01 К 7/34, опублик,Д. а, ТордсЬ, Тешрега чангу ой 1 оп 1 шр 1 ап 1 ей МОЯ Арр 1. Р,Ьуз. Ьегг 34 (11 1979, р. 787-788,П(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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 ко- Е торого переменна по площади пластины.Изобретение относится к техникеизмерения температуры, а именно кполупроводниковым датчикам температуры, и может быть использовано, например при производстве при испытаниях полупроводниковых приборов в интегральных микросхемах.Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых температур,Па фиг. 1 а,6, представлены различные варианты конструкции датчика;на фиг. 2 - температурные характеристики для двух датчиков предлагаемойконструкции (кривая 1 и кривая 11).Датчик температуры состоит изпластины полупроводника 1, слоя диэлектрика 2 и металлических электро"дов 3 и 4, В объеме полупроводниканепосредственно у границы раздела полупроводник - диэлектрик расположен Отонкий 0,02-0,4 мкм) приповерхностный слОЙ,5 с противоположным по отношению к подножке типом проводимостилибо с большим содержанием глубокихкомпенсирующих дефектов, в результате 5чего формируется приповерхностныйпотенциальный барьер, величина которого переменна по площади пластины 1.Один металлический электрод 3 дат чика расположен на слое диэлектрика2, а другой электрод 4 образует омический контакт с материалом полупроводника, причем электрод 4.может бытьрасположен как на обратной стороне(фиг, 1 Я), так и на лицевой сторонепластины (фиг, 1 5 Я ) - планарныйвариант. В последнем случае технология создания термодатчика сочетаетсяс технологией изготовления интеграль-оных микросхем,При формировании электрода 4 налицевой поверхности для обеспеченияомичности его контакта с материаломполупроводника необходимо либо созда"45вать локальные области с истощающимипотенциальным барьером под электродом3 (фиг. 1,Г) либо изготавливатьдополнительныеконтактные слои 6(фиг, 1;5) на глубину, превышающую 1 Отолщину слоя с истощающим потенциальным барьером. При этом электроды 3 и4 должны быть взаимно разнесены попланарной поверхности на расстояние,значительно больше толщины истощающего барьера,Максимальная высота приповерхност-.ного потенциального барьера не может превышать высоты барьера резкого р-и 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 различных 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 степениее активации, определяемой режимом последующего отх:ига. При этом возможно также создание указанного потенциального барьера путем внедрения нейтральных ионов, например ионов аргопа 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, При возрастании тем- пературы происходит увеличение этой концентрации и, следовательно, мало- сигнальной 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 Заказ 7148/38 Тираж 896 Подписи Н иал ППП "Патент", г.уж ул.Проектная, 4 нейную температурную зависимостьв своем узком диапазоне температур.В рабочем диапазоне температурдатчика существует однозначнаялинейная зависимость между величиной измеряемой емкости и температурой полупроводникового слоя,П р и м е р 1. Датчик изготовлен на кремнии и-типа проводимостис удельным сопротивлением 4,5 Ом/смв качестве диэлектрика использовантермический слой 810толщиной0,2 мин. Приповерхностный истощающий потенциальный барьер готовитсялегированием ионами бора с энергией 55 кэВ и дозой 0,2 ммКл/см через2слой окисла,Активация внедренных частиц бора проводится лучом лазера ЛТИ с переменным энергетическим режимом: энергия луча при сканировании изменяется от 0,1 до 3,5 Дж/смгХарактеристика датчика линейнав диапазоне температур 60-320 К5 (кривая 1 на фиг, 2),П р и м е р 2. Датчик изготовлен путем легирования кремния и-типа проводимости с удельным сопротив-лением 4,5 Ом/см ионами аргона че 10 рез слой термически выраженногоокисла, Энергия внедряемых ионоваргона 100 кэВ, доза изменяется поплощади от 0,05 до 0,7 мкКл/см2Характеристика датчика линейка15 в диапазоне температур 100 - 285 К(кривая 11 на фиг,. 2),Температурная чувствительностьизготовленных таким образом термодатчиков составляет 1-5 Х/град при20 С,ц= 10 пф/см