1. Литературный обзор.

1. Общие положения.

Среди многочисленных полупроводниковых (п/п) приборов, используемых в настоящее время, видное место занимают терморезисторы (ТР)– нелинейные п/п резисторы, отличитель­ной особенностью которых является значительная зависимость величины их электрического сопротивления от температуры.

ТР изготовляют из многих п/п материалов. Для этой цели применяют легированные Ge, Si, SiC, A³B⁵, п/п стекла и другие материалы. Однако подавляющее большинство наиболее рас­пространенных промышленных типов ТР во многих странах создают на основе таких оксидов переходных металлов с неполностью заполненной 3d-электронной оболочкой как оксиды мар­ганца, кобальта, никеля и меди. Они обладают широким разнообразием электрических свойств, позволяющих разработать ТР с самым различным характером температурной зависимости со­противления.

ТР – одни из самых простых п/п приборов. Простота их устройства в сочетании с нели­нейностью, резко выраженной зависимостью величины сопротивления от температуры при­вела к широкому использованию ТР в промышленности. ТР применяются в автоматике, электронике, электротехнике, телемеханике и во многих других областях промышленности.

ТР получают, в основном, с помощью керамической технологии, отличительной особен­ностью которой является высокая температура спекания резистивного материала.

Целью настоящей работы является исследование создания ТР с большим отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) методами толстопленочной технологии при температуре спекания композиции «резистивный материал-стекло» до 1000С [1].

2. Тр с отрицательным ткс. Основные характеристики тр.

ТР представляют собой п/п резисторы с большим ТКС. Наибольшее распространение по­лучили ТР, сопротивление которых значительно уменьшается при увеличении температуры, то есть ТР с отрицательным ТКС.

Уменьшение сопротивления п/п с увеличением температуры может быть обусловлено разными причинами : увеличением концентрации носителей заряда или увеличением их подвижности, а также фазовыми превращениями. Первое явление характерно для ТР изготов­ленных из ковалентных п/п (Si, Ge, SiC). Отрицательный ТКС таких п/п наблюдается в облас­тях температур, когда не все примеси ионизированы или имеет место собственная электропро­водность. И в том, и в другом случае зависимость удельного сопротивления п/п определяется в основном изменением концентрации носителей заряда, так как относительно слабым измене­нием их подвижности в данном случае можно пренебречь. Зависимость сопротивления от температуры выражается соотношением:

(1)

где В – коэффициент температурной чувствительности;

–постоянная, характеризующая материал и размеры ТР.

При неполной ионизации примесей и отсутствии компенсации:

(2)

где – энергия ионизации примесей.

Для компенсированного п/п при неполной ионизации примесей:

(3)

Для случая собственной электропроводности:

(4)

где – ширина запрещенной зоны.

Как правило, п/п являются и оксидами так называемых переходных металлов, для кото­рых характерно наличие незаполненных электронных оболочек и переменная валентность. В результате при образовании оксида в определенных условиях (наличие примесей, отклонение от стехиометрии) в одинаковых кристаллографических положениях оказываются ионы с разными зарядами. Обменом электронами между этими ионами объясняется электропроводность оксидных п/п. Так как энергия, необходимая для такого обмена, невелика, все электроны (или дырки), которые могут переходить от одного иона к другому, можно считать свободными носителями заряда, а их концентрацию постоянной при температурах в рабочем для ТР диапазоне.

Из-за сильного взаимодействия носителей заряда с ионами подвижность в оксидном п/п оказывается довольно низкой и экспоненциально возрастающей с ростом температуры. В результате зависимость сопротивления оксидного п/п от температуры такая же, как и у ковалентных п/п, а коэффициент температурной чувствительности характеризует в этом случае изменение подвижности носителей заряда, а не изменение концентрации.