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硅正温热敏电阻 摘要：研究表明，在常温下，含杂质浓度为1014~1019/cm3，硅单晶中载流子的运动主要受晶格热振动的散射，迁移率随温度升高而下降，μ=μ0T-m，材料电阻率与温度的关系是ρ=ρ0Tm。硅正温热敏电阻的设计正是利用了这一性质。本文将讨论硅正温热敏电阻的热敏特性和元件的设计方法。 关键词：硅单晶热敏电阻；正温度系数；迁移率 中图分类号： 文献标识码： A 文章编号： Si Thermistor with Positive Temperature Coefficient TAO Ming-de FENG Zhong-hua JIANG Chao-lun (Fenghua Electronic Engineering R＆D Co.,LTD. Zhaoqing .Guangdong 526020) Research indicates that in normal temperature range the move of carrier in Si crystal with the impurity concentration of 1014~1019/cm3 is mainly scattered by lattice thermal vibration, its mobility decreases with increasing temperatureμ=μ0T-m ,and the temperature-dependence of material resistivity is ρ=ρ0Tm .Si thermistor with positive temperature coefficient is based on this property. In this paper, we will discuss thermal sensitive characteristic and the design method of Si thermistor with positive temperature coefficient. Key words: Si crystal thermistor; Positive temperature coefficient; Mobility 在温度测量、控制和补偿应用时，人们希望一种有线性电阻—温度特性的热敏电阻。为此，有人曾用Cd2Sb2O7+CdWO4（Cd-Sb-W）[1]，BaSnO3+BaWO3（Ba-Sn-W）[2]复合制备线性热敏电阻材料；Ba2（TiO3）复合掺杂的缓变型线性热敏材料亦被研究[3]；作为线性输出的二极管正向压降随温度变化的特性已广泛用于测温、控温。利用硅迁移率随温度变化规律设计的硅正温热敏电阻在相对窄的温区内具有准线性电阻-温度特性，现已在实际中得到应用。本文将对这种硅正温热敏电阻的热敏特性和元件设计方法进行讨论。 硅单晶材料的正温度特性 众所周知，对纯净半导体材料，电阻率主要有本征载流子浓度ni决定，ni岁温度上升而急剧增加，室温附近，温度每增加8℃，硅的ni增加一倍，因为迁移率只稍有下降，所以电阻率相应的降低一半。对杂质半导体，有杂质电离和本征激发两个因素存在，又有电离杂质散射和晶格散射两种散射机构存在，因而电阻率随温度变化更为复杂。图1示出了含有一定杂质浓度硅样品的 电阻率和温度的关系。曲线可以分为三个部分： AB部分，温度很低，本征激发可以忽略，载流 子主要由杂质电离提供，它随温度升高而增加， 散射以电离杂质散射为主，迁移率随温度升高而 增大，所以电阻率随温度升高而下降。BC为室 温区，杂质已全部电离，本征激发还不十分明显， 载流子浓度基本上不随温度变化，晶格振动为主 要散射方式，迁移率随温度升高而下降，所以电阻率随温度升高而增大。CD为本征激发区，大量本征激发使电阻率随温度指数下降。达到本征激发占优势的温度，器件不能正常工作。硅的本征激发温度为250℃。硅正温热敏电阻的机理正是建立在曲线BC区。下面将对此作详细的讨论。 迁移率的温度特性 半导体中载流子在电场的作用下作漂移运动时，不时受到各种散射，从而获得稳定漂移速度，使材料具有一定的电阻率。迁移率的温度特性，实际上是各种散射的温度效应。半导体中的散射是由各种散射中心引起的，其主要散射机构有： 杂质原子散射， 晶格热振动散射， 空位和点缺陷散射， 错位散射， 晶粒界面，解理面，晶体表面散射， 载流子散射 对于不同的散射机构，迁移率的温度关系不同。研究表明[4]，在高温下（T600K）主要是光学散射，温度较低（T77K）时，杂质离子的散射起主导作用，常温下主要是晶格振动散射。 晶格热振动是材料在给定温场中，晶格原子得到热能在其所