Терморезистор и способ его изготовления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (11 01 К 7/22 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВ ВТОРСХОМУ Бюл.2 изики АНЮ.А.Ку и Р.Д.Ф УССР люпин,едорович 8.8)видете01 К 74222020.78. ство СССР4, 07.12.81. ПОСОБ ЕГО(54) ТЕ ГОТОВЛЕ (57) Из вано пр различн Цель из МОРЕЗИСТОР ИИЯбретение можизмерении тх технологич быт пользоп мператур ских про ессах рабоч повысширение пазона и тения - р ратурног о тем ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское887945, кл. СПатент СШАкл. 338-25, 05. шение чувствительности. На диэлектрической подложке 2 размещен термочувствительный слой 1, выполненный в виде электропроводящей фазы мелкодисперсной структуры, расположенной в приповерхностном слое 3. Слой формируют термодиффузией фазы в подложку из стекла с поверхностной плот 9 -2 ностью областей (8-9)10 см и фактором заполнения 0,7-0,75. Термодиффузию проводят на воздухе при 853 873 К в течение 10-20 мин, Контакты 5 к слою 1 представляют собой пленки серебра, получаемые вжиганием серебряной пасты в подложку. Изменение температуры приводит к изменению по величине расстояний между островками 4 в слое 1 и сопротивления терморезистора. 2 с., 2 з.п. ф-лы. 3 ил.Изобретение относится к разработке термочувствительного элемента и способа его изготовления, а конкретно к разработке терморезистора, работающего в условиях термоциклирования в широкой температурной области и в исследованиях, когда приходится использовать широкий температурный интервал,и может найти применение при измерении температуры.при различных технологических процессах,Целью изобретения является расширение рабочего температурного диапазона в области криогенных температур и повышение чувствительности в расширенном температурном интервале, а также обеспечение стабильности характеристик и упрощение технологии изготовления терморезистора.На Фиг. 1 схематически изображен терморезистор, внешний вид; на Фиг, 2 микрофотография поверхностй термочувствительного слоя терморезистора, полученного методом термодифФузии из сплава 52 Е Ре, 482 Со; на Фиг. 3 - зависимость сопротивления 1 К терморезистора от обратной температуры 1/Т,Терморезистор (Фиг. 1) представляет собой термочувствительный слой ЗО 1, сформированный в стеклянной подложке 2, Термочувствительный слой 1 выполнен в виде расположенных в приповерхностном слое 3 статистически однородных по размерам областей 4 элек тропроводящей. Фазы мелкодисперсной структуры с поверхностной плотностью островков (8-9) 10 см и фактором9 -2заполнения 0,70-0,75, который соответствует размерам островков 0,1 - 40 0,3 мкм и межостровковым расстояниям около (6-8) 10 мкм, Структура поверхности термочувствительного слоя исследовалась на растровом электронном микроскопе ТБМ(Фиг, 2), Тол щина термочувствительного слоя 1 составляет 5-20 мкм. В качестве контактов 5 к термочувствительному слою 1 служат пленки серебра, получаемые вжиганием серебряной пасты в подлож ку по стандартной технологии. Термочувствительный слой 1 терморезистора защищен от внешних воздействий фриттой 6 из легкоплавкого стекла.55Терморезистор работает следующимобразом,Изменение температуры приводит кизменению поверхностного сопротивления термочувствительного слоя 1,сформированного в приповерхностном слое 3 стеклянной подложки 2. Структура термочувствительного слоя, выполненного в виде статистически однородных по размерам островков 4 металлической электропроводящей фазы с поверхностной плотностью островков (8-9) 10 см и очень высоким фактором заполнения 0,70-0,75, обеспечивает туннельный механизм проводимости в данной системе. Изменение температуры в широком температурном диапазоне приводит к изменению по величине межостровковых расстояний в термочувствительном слое, При понижении температуры эти расстояния увеличиваются, приводя к уменьшению. прозрачности барьера и, следовательно, к увеличению сопротивления терморезистора. Повышение температуры приводит к уменьшению межостровковых расстояний и соответственно к понижению сопротивления термочувствительного слоя в связи с увеличением прозрачности барьера.Предлагаемый механизм обеспечивает высокий отрицательный ТКСО(,=18-200 = 0 8 в области темпеСооКратур 20 - 600 К и, следовательно, обеспечивает более высокую по сравнению с известными терморезисторами чувствительность в расширенном рабочем диапазоне. Из приведенной на фиг. 3 для состава Ре Соз зависимости сопротивления терморезистора от обратной температуры видно, что значение полного сопротивления терморезистора в области температур 20 - 600 К изменяется от 10 до 10 Ом, чтоВсвидетельствует о большом, значении с при значениях сопротивления терморезистора, позволяющих проводить измерения в указанном температурном диапазоне.Для получения термочувствительных слоев с мелкодисперсной островковой структурой сформированных в диэлектрической матрице использован метод термодиффузии. Для проведения процесса термодиффузии на пластину из стекла помещают источник электропроводящей фазы, содержащий железокобальтовый сплав. Этими источниками могут быть бруски, фольга и др. Эмпирически установлено, что высокая чувствительность М, терморезистора на основе сплава РеСообес 3 12 печивается в интервале 0,1х0,7, При выходе за указанные пределы чувствительность терморезистора существенно ухудшается.Стеклянную пластинку с источником электропроводящей Фазы отжигают на воздухе при температуре размягчения стекла в течение определенного времени, При выборе подложки из баросиликатного стекла термодиффузию проводят при 853-873 К в течение 10 20 мин, При указанной температуре происходит взаимная термодиффузия металла и материала подложки, на поверхности которой имеется множество центров зародышеобразования, Последние являются центрами накопления дифФундируемого металла, в результате чего происходит неравномерное проникновение металлической фазы в слой диэлектрика. Вследствие локализации и накопления металлической фазы на центрах зародышеобразования происходит образование островковой мелкодисперсной структуры, расположенной в диэлектрической матрице. Поскольку термочувствительный слой формируется на воздухе, то параллельно с формированием происходит и его стабилизация, в результате происходящих в процессе термодиффузии окислительных процессов. Длительность отжига контролируют непосредственно по сопротивлению термочувствительного слоя терморезистора, Для этого был отработан временной и температурный режим, позволяющий получать терморезисторы с минимальным рабочим сопротивлением. При выборе температуры отжига 853 - 873 К отжиг проводят в те - чение 10-20 мин. Уменьшение или увеличение времени отжига приводит к получению высокоомных терморезисторов вследствие недостаточности диффундируемой металлической фазы в диэлектрической матрице или чрезмерного окисления металлической фазы соответственно. Важным моментом при проведении термодиффузии является обеспечение контакта по всей поверхности между источником электропроводящей Фазы и подложкой. Контакт соприкасающихся поверхностей источника электропроводящей фазы с подложкой обеспечивают сжатием с усилием (10-50) Н/смВ предлагаемом термодиффузионном способе изготовления терморезисторов 83549геометрию термочувствительного слоязадают либо конфигурацией поверхности источника электропроводящейФазы, либо конфигурацией поверхности,контактирующей с источником, частиподложки, что позволяет получать терморезисторы различной формы.П р и м е р. В качестве диэлектрической подложки, на которой формировался термочувствительный слойпредлагаемого терморезистора, использовалась стеклянная плоскопараллельная пластинка (стекло марки КГ 25116)толщиной 0,5 мм. На стеклянную пластинку размером 3 10 мм сверху укладывалась пластина стали, содержащаясплав Ре Соз, толщиной 0,2 мм иразмером 2 10 мм. Веса пластинки достаточно, чтобы поверхности источника 20 электропроводящей фазы и подложкиприжимались с усилием 20 Н/см . Загготовка помещалась в муфельную печь,где производилась термодиффузия навоздухе при Т=888 К в течение 15 мин.Толщина полученного термочувствительного слоя составляла 12 мкм. Электроды на поверхности термочувствительного слоя изготавливались вжиганием серебряной пасты по обычной технологии. Расстояние между электродами составляло 0,2 мм, Затем дляобеспечения герметизации поверхность терморезистора покрываласьсуспензией из фритты легкоплавкогостекла и снова прогревалась в течение 10-15 мин до 623-653 К (температуры плавления фритты). Сопротивление терморезистора при комнатнойтемпературе составляло 10,0 Ом.40 Изменяя температуру вплоть до10 К строят зависимость 1 Н=Г ( - )1УТ(фиг. 3), Используя кривую, представленную на фиг. 3, определяют чув 45ствительность терморезистора в точках температурного интервала. С понижением температуры от 500 до 20 К для данного состава значение чувствительности Ы растет от 0,8 Е/град до 187./град,Формула изобретения1. Терморезистор, содержащий диэлектрическую подложку и термочувствительный слой с контактами, включающий электропроводящую фазу на основе металлов, о т л и ч а ю щ и й1283549 15 ю ы я го ы юлЮО я"Гфиг У Составитель В,Агаповаактор Н.Слободяник Техред Л,Сердюкова ректор С.Шекм 7427/37 Тираж 776ВНИИПИ Государственног по делам изобретений и113035, Москва, Ж, Рау Зака ПодписноеСР комитета открытий ская наб д, 5 роизводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектн с я тем, что, с целью расширения рабочего температурного диапазона и повышения чувствительности, термочувствительный слой выполнен в виде электропроводящей Фазы мелкодисперсной структуры, расположенной в приповерхностном слое диэлектрической подложки, выполненной из стекла с поверхностной плотностью областей 8.7 -г9 10 см и фактором заполнения 0,7 - 10 0,75. 2. Способ изготовления терморезистора, заключающийся в Формировании на диэлектрической подложке термочувствительного слоя с электропроводящей фазой на основе металлов и контактов к нему, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью расширения рабочего температурного диапазона и повышения чувствительности, термочувствительный слой формируют термодиффузией электропроводящей фазы в стеклянную подложку из контактирующего с ней источника электропроводящей Фазы в виде сплава РеСогде 0,1х0,7, причем термодифФузию проводят на воздухе при температуре размягчения стекла, а длительность процесса термодиффузии определяют по значению сопротивления образующегося термочувствительного слоя,3. Способ по п. 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что термодиффузиюпроводят при 853-873 К в течение 1020 мин,4. Способ по п, 2, о т л и ч аю щ и й с я тем, что геометрию термочувствительного слоя задают конФигурацией поверхности источника электропроводящей фазы, контактирующей сподложкой, или конфигурацией частиповерхности подложки, контактирующейс указанным источником.