DE2133635C3 - Vorrichtung zur Temperaturkonstanthaltung eines Körpers - Google Patents

Description

4 VornchTung nach e nem der Ansprüche 1 as daß eine Diode aus Vanadiumdioxid mit anomalem bis 3 dadurcLgLnnzeichnet, daß der tempera- Sprunr der elektrischen Leu ahigkeU vorgesehen1 ist^ turkonstant zu haltende Körper ein Halbleiter- daß das Vanadiumdioxid in Form einer dünnen körper 3) ist, in dem sich der Transistor (31) als Nadel ausgeführt ist und daß der ^™ekon akt integriertes Bauelement befindet. durch Einbettung der Nadel in eine Warmüeitpaste

5 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 30 bewirkt ist. Das Wesen der Erfindung hegt m der bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Vereinigung dieser Merkmale.

Transistoren (31) zur Wärmeerzeugung, Vorzugs- Insbesondere ist das Vanadiumdioxid mit Chrom

weise örtlich verteilt, vorgesehen sind. dotiert. Vorzugsweise ist als Transistor em FeId-

6 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 effekttransistor vorgesehen. Gemäß einer speziellen bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kör- 35 Ausgestaltung kann der temperaturkonstant zu halper (1 bzw. 3) der Referenzkontakt (19) eines tende Körper ein Halbleiterkörper sein, in dem sich Thermoelements angeordnet ist. der Transistor als integriertes Bauelement befindet.

7 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Es können auch mehrere Transistoren zur Warrnebis '6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel erzeugung vorgesehen sein, die vorzugsweise ortlich aus Vanadiumdioxid eine Abmessung von etwa 40 verteilt sind.

1 mm X 3 · 10"» mm X 3 · 10-* mm hat. Von besonderem Vorteil ist es, an dem Korper der

erfindungsgemäßen Vorrichtung den Referenzkontakt eines Thermoelements anzuordnen.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der

45 Figuren dargestellt.

F i g. 1 zeigt das Prinzip einer erfindungsgemäßen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Vorrichtung, und zwar in der Verwendung als Therzur Temperaturkonstanthaltung eines Körpers, mit mostat für den Referenzkontakt eines Thermoeledem ein Transistor als Heizelement und eine Diode ments;

mit temperaturabhängigen Eigenschaften in gutem 5° F i g. 2 zeigt das Pnnzipschaltbild fur den Betneb Wärmekontakt stehen, wobei die elektrischen An- einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Schlüsse der Diode mit der Basis und dem Emitter F i g. 3 zeigt die Aufsicht einer erfindungsgemaßen

des Transistors elektrisch verbunden sind, so daß die Vorrichtung auf bzw. in dem Substrat einer lntegner-Emitter-Basis-Strecke mit der Diode elektrisch über- ten Schaltung.

brückt ist. 55 In F i g. 1 ist mit 1 der Körper bezeichnet, der von

Zur Temperaturkonstanthaltung, insbesondere bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einer koneinem Thermostat, ist bereits die Verwendung von stanten Temperatur gehalten werden soll. Insbesogenannten Kaltleiterbauelementen auf der Basis sondere ist dieser Körper eine Platte aus Kupfer. Mit dotierten Bariumtitanats vorgeschlagen worden. 3 ist ein Halbleiterkörper bezeichnet, in dem sich Diese Kaltleiter haben in einem bestimmten Tempe- 60 der Transistor befindet. Der Körper 3 ist mit schemaraturbereich eine starke Änderung ihres elektrischen tisch angedeuteten Elektroden S und 7 als Basis und Widerstandes. Die Steilheit des Anstieges des elek- Emitter dieses Transistors versehen. Als Kollektortrischen Widerstandes ist ein Maß für die mit Kalt- anschluß ist der Körper 1 wirksam. In dem Falle, daß leitern erreichbare Temperaturkonstanz. Auf Grund der Körper 1 elektrisch nichtleitend ist, ist eine zuseiner elektrischen Eigenschaften kann der Kaltleiter 65 sätzliche Elektrode an dem Körper 3, z. B. auf der außerdem auch als wärmeerzeugender Heizkörper den Elektroden 5 und 7 gegenüberliegenden Seite eingesetzt werden. des Halbleiterkörpers vorgesehen. Mit 9 ist die Diode

In der DT-OS 15 23 410 ist eine Schaltung be- aus der Substanz mit anomalem Leitfähigkeitssprung

bezeichnet, an der die elektrischen Anschlüsse 11 und 13 dieser Diode angebracht sind. Die Diode ist aus cinkristallinem Vanadiumdioxid in der Form einer Nadel 91 ausgeführt. Die Nadel 91 befindet sich in der Nähe des Hal'üleiterkörpers 3 des Transistors und steht mit diesem in gutem Wärmekontakt. Elektrisch ist die Nadel 91 der Diode 9 (abgesehen von den Verbindungen dieser Anschlüsse mit den Anschlüssen des Transistors) jedoch gegenüber dem Körper 3 isoliert angebracht. Die Nadel 91 ist in eine elektrisch relativ gut isolierende Wärmeleitpaste 16 eingebettet, die auch den Halbleiterkörper 3 wenigstens einseitig umschließt. Die Wärmeleitpaste 16 vermittelt außerdem auch einen guten Wärmekontakt zu dem Körper 1. Derartige Pasten sind bekannt und handeisüblich.

Mit IS und 17 sind Kontaktstifte bezeichnet, die elektrisch isoliert durch den Körper 1 hindurchgeführt sind. Mit dem Kontaktstift IS ist die Elektrode S durch die Leitung 6 und der Anschluß 11 durch die Leitung 12 elektrisch verbunden. In entsprechender Weise sind durch die Leitungen 8 und 14 der Kontaktstift 17 mit der Elektrode 7 und dem Anschluß 13 verbunden. Mit 18 ist ein Anschlußstift für den elektrischen Anschluß des Kollektors bezeichnet.

Mit 19 ist der Referenzkontakt eines Thermoelements mit den Schenkeln 20 und 21 bezeichnet. Dieser Referenzkontakt steht mit dem Körper 1, z. B. durch eine Lötverbindung oder mittels einer Wärmeleitpaste 16, in gutem Wärmekontakt. Der Referenzkontakt 19 kann auch unmittelbar an dem Halbleiterkörper angeordnet sein.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mittels einer Kappe 25 gegenüber der Umgebung abgedeckt.

F i g. 2 zeig: das Prinzipschaltbild für den Betrieb einer der Erfindung gemäßen Vorrichtung. Mit 31 ist der Transistor bezeichnet, der beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 durch den Halbleiterkörper 3 mit den Elektroden S und 7 gebildet wird. Die An-Schlüsse des Transistors 31 tragen in F i g. 2 die Bezeichnungen der Leitungen 6, 8 und des Stiftes 18 aus Fig. 1. Mit 35 ist ein Widerstand bezeichnet, der zusammen mit der Diode 9 eine Spannungsteilung für den Basisanschluß 6 bewirkt. Eine an der erfindungsgemäßen Vorrichtung anliegende elektrische Gleichspannung 37 bewirkt einen elektrischen Stromfluß durch den Transistor 31, dessen Stromstärke durch das Widerstandsverhältnis der Diode 9 und des Widerstandes 35 zueinander bestimmt ist. Solange der elektrische Widerstand der Diode 9 groß ist, fließt ein starker elektrischer Strom durch den Transistor hindurch, der diesen erheblich aufheizt. Durch die Erwärmung dieses Transistors wird auch der Körper 1 und die Nadel 91 der Diode 9 mit erwärmt. Sobald jedoch die Temperatur des Leitfähigkeitssprunges der Substanz der Nadel 91 erreicht ist, wird die Diode 9 niederohmig und der Transistor elektrisch gesperrt. Im eingeregelten Zustand wird der Halbleiterkörper 3 und damit der Körper 1 und die Nadel 91 genau auf der Temperatur des Leitfähig keitssprunges gehalten.

Bei Vanadiumdioxid (VO.j als Substanz für die Diode beträgt diese Temperatur 65,5° C. Vanadiumdioxid hat diesen Temperaiurwert für den anomalen Leitfähigkeitssprung. In an sich bekannter Weise kann der Temperaturwert des Leitfähigkeitssprunges auch durch Dotierungen der Substanz verändert sein. Zum Beispiel kann bei Vanadiumdioxid durch Dotierung mit Chrom die Temperatur des Sprunges, abhängig vom Dotierungsgrad, auf Werte zwischen 200 und 500' K verschoben werden.

Fig. 3 zeigt in einer Aufsicht ein Ausführungsbeispiel für die bevorzugte Verwendung einer der Erfindung gemäßen Vorrichtung als Thermostat in einer integrierten Schaltung. Die Einzelheiten dieser Ausführungsform sind der besseren Übersichtlichkeit halber !ediglich schematisch angedeutet. Mit 41 ist das beispielsweise η-leitende Substrat einer integrierten Schaltung bezeichnet. Der in F i g. 1 angegebene Halbleiterkörper 3 ist bei dieser Ausführungsform ein integraler Bestandteil dieses Substratkörpers 41. Die Nadel 91 der vorgesehenen Diode 9 befindet sich in einer Ebene dicht oberhalb des Substrat körpers 41 und ist in eine, wie bereits erwähnte, auf dem Substrat befindliche Wärmeleitpas'.e eingebettet. Die elektrischen Anschlüsse von Emitter 7 und Basis 5 des als Heizung dienenden Transistors 31 sind, wie an sich bekannt, durch entsprechende Leiterbahnen 6 und 8 auf oder in dem Substrat realisiert.

Bei integrierten Schaltungen ist der Heiztransistor 31 im Regelfall gegenüber der vorgesehenen Diode 9 sehr klein, so daß die Nadel 91 dieser Diode über diesen weit hinausragt, wie dies aus der Fig. 3 ersichtlich ist. In Fig. 3 sind auch die elektrischen Verbindungen zwischen den Anschlüssen 11 und 13 der Diode und den Leitungen 6 und 8 zum Transistor zu entnehmen.

Der Subslratkörper 41 ist beispielsweise Ϊ rnm³ groß, der Transistor nimmt etwa die Fläche 10~² mm^a ein, und die Nadel 91 hat etwa die Abmessung 1 mm X 3 · 10~- mm X 3 · 10"^ä mm.

Durch die Kreise 43 sind sonstige Schaltelemente der integrierten Schaltung angedeutet, die in der jeweiligen gewünschten Weise miteinander verbunden sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung auf dem Substrat bewirkt, daß bei Anliegen einer entsprechend elektrischen Spannung an dem Transistor 31 dieser das Substrat 41 in der oben angegebenen Weise auf die durch die Substanz der Nadel 91 bestimmte Temperatur erwärmt. Gegebenenfalls sind mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen über die Oberfläche des Substrates verteilt angeordnet, wodurch eine flächenmäßig noch gleichmäßigere Temperaturkonstanthaltung des Substratkörpers 41 möglich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

schrieben, in der ein Transistor als Heizelement .. , verwendet wird, wobei sich parallel zur Basis- Patentanspruche: Emitter-Strecke des Transistors ein nicht näher an- , , «halt,,™* ergebener temperaturabhängiger Widerstand befin-

1. Vorrichtung zur Temperaturkonstan haltung feg ^ derartiger temperaturabhängiger Widerstand

eines Körpers, mit dem ein Transistor aisreu ■ Rjchtleiter-Dioden verwendet worden, wie

element und eine Diode mit temperaturabhangi- sinu ^. ^ ^ ^ ^_{45458 hervorgeht Die in}

gen Eigenschaften in gutem W™™™f^a*i^S*~ _{der Een}annten deutschen Offenlegungsschrift als vorhen, wobei die elektrischen Anschlüsse der Diode aerg^ _hriebene Schaltung wird dort in der mit der Basis und dem Ermtter des Transistors beKann _{bMtU daß im} Kollektorkreis der elektrisch verbunden sind, so daß die Emitter- ™* ^ _Zenerdiode hinzugefügt wird. Basis-Strecke mit der Diode elektrisch überbrückt sen* g ^ ^ ^ ^ ^_{4 sind e}__ne ^^ ^^ ist, dadurch gekennzeichnet daß eine α ^ _{die einen temperaturabhän}. Diode 9) aus Vanadiumdioxid nut ™^omf™ pSn Widerstandsverlauf haben. Unter anderem ist Sprung der elektrischen Leitfähigken vorgesehen g^en Jf^Vanadiumdioxid als derartiges Mateist, daß das Vanadiumd.oxid m Form einer dun- ,5 Jf ^auC^ _{e Einzelheiten über dieses Ma}. nen Nadel ausgeführt ist urn^ daß de Warme- n^a!jngeg _Zeitschrift »_Phys. _Rev. Lett«, Bd. 3 kontakt durch Einbettung der Nadel m eine tenal sina ^ ^ entnehmen. Wärmeleitpaste bewirkt ist. ¹¹CT <' _Aufeabe der Erfindung, eine Vorrichtung