摘要：Z-元件具有进一步的拓荒潜力，扩充其特征和应用可形成一些新型电子器件。了一种新型的温敏元件。

为了熟谙并正确行使这种新型温敏元件，必需首先认识它的工作机理。Z-元件是其N区被重掺杂赔偿的改性PN结，即在高阻硅材料上形成的PN结，又经由重金属赔偿，因而它具有出格的半导体结构和出格的伏安特征。图1为Z-元件的正向伏安特征曲线，图2为Z-元件的半导体结构暗示图。

由图1可知，Z-元件具有一条“L”型伏安特征[1]，该特征可分成三个工作区：M1高阻区，M2负阻区，M3低阻区。其中，高阻的M1区对温度具有较高的火速度，自然成为研制掺金g-硅热敏电阻的首要着眼点。

从图2可知，Z-元件的结构依次是：金属电极层—P+欧姆干戈区—P型扩散区—P-N结结面—低掺杂高赔偿N区，即n-.i区—n+欧姆干戈区—金层电极层。可见Z-元件是一种改性PN结，它具有由p+-p-n-.i-n+组成的四层结构，其中焦点部位是N型高阻硅区n-.i，特称为掺金g-硅区。掺金g-硅区的竖立为掺金g-硅热敏电阻奠基了物理根柢根底。

 

Z-元件在正偏下的导电机理是基于一种“管道击穿”和“管道雪崩击穿”的模子[2]。Z-元件是一种PN结，对图2所示的Z-元件结构可按P-N结经典理论加以剖析，因而在p-n-.i两区中也应存在一个自建电场区。该电场区因在P区很薄，自建电场区首要体此刻n-.i区，且几乎占有了悉数n-.i型区，这样宽的电场区其场强是很弱的，使得Z-元件呈现了高阻特征。若是给Z-元件施加正向偏压，这时因正向偏压的电场偏向同Z-元件内部自建电场偏向是相反的，很小的正向偏压便抵消了自建电场。这时按经典的PN结理论剖析，本应进入正向导通状况，但因为Z-元件又是一种改性的PN结，其n-.i型区是经重金属掺杂的高赔偿区，因为载流子被重金属陷阱所约束，其电阻值在兆欧量级，其正向电流很小，表此刻“L”曲线是线性电阻区即“M1”区。这时，若是存在温度场，因为热激发的浸染使重金属陷阱中释放的载流子络续增添，并列入导电，必然具有较高的温度火速度。在M1区尚末形成导电管道，若是施加的正向偏压过年夜，将发生“管道击穿”，甚至“管道雪崩击穿”，将损坏了掺金g-硅新型热敏电阻的热阻特征，这是该热敏电阻的出格题目问题。

在这一理论模子的指导下，不难想到，若是将Z-元件的n-.i区零丁制造出来，一定是一个高火速度的热敏电阻（因为半导体伴生着光效应，当然也是一个光敏感电阻），由此可结构出掺金g-硅新型热敏电阻的根底结构，如图3所示。因为掺金g-硅新型热敏电阻不存在PN结，其中n-.i层就是掺金g-硅，它并不是Z-元件的n-.i区。测试效果注解，该结构的电特征就是一个热敏电阻。该热敏电阻具有NTC特征，它与现行NTC热敏电阻对比，具有较高的温度火速度。

3．掺金g-硅热敏电阻的出产工艺

掺金g-硅热敏电阻的出产工艺流程如图4工艺框图所示。可以看出，该出产工艺过程与Z-元件出产工艺的最年夜区别，就是不做P区扩散，所以它不是改性PN结，又与现行NTC热敏电阻的出产工艺完全分歧，这种掺金g-硅新型热敏电阻行使的出格材料和出格工艺决意了它的机能与现行NTC热敏感电阻对比具有很年夜区别，其机能各有优瑕玷。

4．掺金g-硅热敏电阻与NTC热敏电阻的机能对比

从上述结构模子和工艺过程剖析可知，掺金g-硅层是由金扩入而形成的高赔偿的N型半导体，不存在PN结的结区。它的导电机理就是在外电场浸染下未被重金属赔偿的残剩的施主电子列入导电以及在外部热浸染下使金陷阱中的电子又被激活而列入导电，而呈现的电阻特征。因为原材料是高阻g-硅，原本施主浓度就很低，又被陷阱捕捉一些，残剩电子也就很少很少。列入导电的电子首若是陷阱中被热激活的电子占绝对份额。也就是说，掺金g-硅热敏电阻在必然的温度下的电阻值，是决意于工艺流程中金扩的浓度。研制实践中也证实了这一理论剖析。分歧的金扩浓度可以获得几千欧姆到几兆欧姆的电阻值。金扩散成为产物格量与机能节制的关健工序。

我们感受，因为掺金g-硅热敏电阻的导电机理与现行的NTC热敏电阻的导电机理完全分歧，所以特征差异很年夜，也存在各自分歧的优瑕玷。掺金g-硅热敏电阻的优点是：出产工艺简单，成本低，易于多量量出产，阻值局限宽（从几千欧姆到几兆欧姆），火速度高，不凡是低于室温的低温区段比NTC热敏电阻要高近一个量级。其瑕玷是：一批产物中电阻值的整齐性较差、线性度不如NTC，行使电压有阈值限制，超出阈值时会泛起负阻。

掺金g-硅新型热敏电阻与NTC热敏电阻的电阻温度火速度特征对好比图5所示。

在分歧温度下，温度火速度的实测值对好比表1所示。

掺金g-硅热敏电阻是一种新型温敏元件。本文虽作了较具体的工作机理剖析，但此刻工艺尚未完全成熟，愿与用户合作，配合切磋，经过过程工艺改造与提高，使这一新型元件早日成熟，推向市场，为用户做事。

表1 分歧温度下温度火速度实测值对比(kΩ/°C)

°C

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1#

2#

3#

4#

5#

6#

注

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

 

26.9

4.2

7.7

7.8

7.0

8.2

7.1

8.0 <