2. Терморезисторы

Введение

Резисторыявляютсяширокораспространеннымиэлементамилю-быхэлектронныхимикроэлектронныхсхем.Ихосновнойпараметр–сопротивлениезависитоттемпературы.Обычноэтазависимостьне-желательнаиеестремятсяуменьшить.Однаковтерморезисторах,представляющихособыйклассрезисторов,температурнуюзависи-мостьсопротивлениянамеренноувеличиваютпутемвыбораподходя-щегоматериалаилиуровнялегированияисходногоматериала.Этопо-зволяетопределитьтемпературупотемпературнойзависимостисопротивления:

^R^T^R_0^T_0^fTT_0^{, (2.3.1)}

гдеT–измеряемаятемпература;

T_0–фиксированнаятемпература,

относительнокоторойпроводятсяизмерения(обычнокомнатнаятем-

пература);

^fTT_0^{–функция,зависящаяотсвойствматериалаи}

равнаяединицеприTT_0.

Зависимость(2.3.1)служитпреобразовательнойхарактеристикойтерморезистора.Вомногихпрактическиважныхслучаях(например,дляметаллическихикремниевыхтерморезисторов)этахарактеристикаможетбытьпредставленавполиномиальнойформе:

RR_01C₁TC₂T^2...C_nTⁿ_, (2.3.2)

гдеC₁...C_n–постоянныекоэффициенты.

Степеньполиномаопределяетсятребованиямикточностиописа-ниязависимости(2.3.1).

Втермисторах–разновидностиполупроводниковыхтерморези-сторов,изготавливаемыхизсмесиоксидовметаллов,преобразова-тельнаяхарактеристикаимеетэкспоненциальнуюформу:

^{}1 1^

R_T_R_0T_0exp_B_ 

_, (2.3.3)

^{T T0}

гдеB–характеристическаяпостояннаятермистора,именуемаякоэф-фициентомтемпературнойчувствительности[2.13].

ЕслиизменениетемпературывблизиT₀

невелико,тотемператур-

нуюзависимостьсопротивленияможнопредставитьвлинейнойформе:

^R^T^R_0^T_0^1_R^T^{, (2.3.4)}

¹ ^dR

где

TTT₀

и_R_R

^T^dT

–температурныйкоэффици-

0 0^{ }TT₀

ентсопротивлениятерморезистора(ТКС).

ДляразличныхматериаловТКСможетиметьиположительный,иотрицательныйзнак,аеговеличинаможетизменятьсявширокихпре-делах.

Вотличиеоттермопарвтерморезисторахдляполученияинформа-^{ционногосигналанеобходимопропуститьчерезнихтокI.Падение}

напряженияможнопредставитьвформе:

vIR_0IRv_0v, (2.3.5)

где

^RR^T^R^T_0^{–температурноеизменениесопротивления;}

vIR–температурноеизменениенапряжениянатерморезисторе,являющеесяинформационнымсигналом.

ВыборвеличинытокаIопределяетсякомпромиссоммеждужела-ниемувеличитьvиджоулевымразогревомтерморезистораиз-за

выделяющейсянанеммощности

^{PI2RT}^{.Обычностремятсяне}

допуститьсаморазогревтерморезистора.

ДляизмерениятемпературногосигналатерморезисторвключаетсяводноизплечсимметричногомостаУитстона.Остальныеплечиобра-

зованыпостояннымирезисторами.ВэтомслучаевыходнойсигналU_в

равен:

R

в

U^ER^ET, (2.3.6)

4R₀ 4

гдеE–напряжениепитаниямоста.

Из(2.3.6)следует,чтотемпературнаячувствительностьтермосен-

сорабудетравна:

S^dUв^E. (2.3.7)

dT 4 ^R

При

E2BиТКС

0,3910^2К1,соответствующегоплатино-

вомутерморезисторупри

t_00C,чувствительностьоказывается

равной1,9мВ/К,чтосущественновышечувствительностиметалличе-скихтермопарплатина–платинородий(табл.2.2).

Вмикросистемнойтехникетермочувствительныеэлементыобык-

новенноформируютсянатойжекремниевойпластине,гдерасполага-етсяиостальнаяэлектроннаясхема.Совместимостьтехнологийизго-товлениятермочувствительногоэлементаиостальнойинтегральнойэлектроникистановитсявесьмаважнымтребованием.Из-заэтоговнастоящеевремяширокоеприменениеполучилитерморезисторыизмонокристаллическогокремния,сформированныедиффузиейилиимплантациейпримесииизполикристаллическогокремния,атакжеметаллическиетерморезисторы,полученныепотонкопленочнойтех-нологии.Изметаллическихнаибольшийинтереспредставляютплати-новыетерморезисторы,хотятехнологияихизготовленияимеетслож-ностиприсопряжениисобычнойинтегральнойтехнологией.

Вкомбинированнойтехнологииизготовлениямикросистемнарядусинтегральнойтехнологиейприменяютидискретныеэлементы,такиекакметаллическиетерморезисторыитермисторы.Такойварианттех-нологииболеегибкий,чемчистоинтегральный,ичастоведеткцелиболеепростымиэкономичнымпутем.

Привыборетипатермочувствительногоэлементаразработчикдолженучитывать,чтотерморезисторычувствительныкдеформации

подложек,имеютнелинейнуюзависимость

^{RRT}

иневысокую

точностьвоспроизведенияноминальногозначениясопротивления

^10%^{.Однакоотношениесопротивленийдвухрезисторовсовре-менная}интегральнаятехнологияобеспечиваетсхорошейточностью

^~0,1%^{,чтоможноиспользоватьвсхемотехническихрешениях.}

Тонкопленочнаятехнологияпозволяетсоздаватьтерморезисторы,работоспособныевширокоминтервалетемператур,чтосвязаносот-сутствиемизолирующегоp–n-перехода.Дляэтихцелейширокоис-пользуютсяполикристаллическийкремнийиплатина.

Далеевданномпараграфебудутрассмотреныособенностиметал-

лическихиполупроводниковыхтерморезисторов.