JPS5871423A - 温度測定用回路装置 - Google Patents

温度測定用回路装置

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JPS5871423A
JPS5871423A JP57174115A JP17411582A JPS5871423A JP S5871423 A JPS5871423 A JP S5871423A JP 57174115 A JP57174115 A JP 57174115A JP 17411582 A JP17411582 A JP 17411582A JP S5871423 A JPS5871423 A JP S5871423A
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/22Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
    • G01K7/24Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit

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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は導電性が湿度依存性である半導体素子を具え、
前記半導体素子にはプレーナ電極とそ(7) 反対側G
、、 ホff針状(point −5haped )の
電極とを設け、かつ前記半導体素子は限界温度を持って
いてその温度より高い温度ではその導電性が電流方向に
依存し、さらに前記電極に接続された信号源および測定
デバイスを具えた温度測定用回路ifに関するものであ
る0 電子的温度測定のためにその温度依存抵抗が利゛用され
ている半導体素子は既知である。半径方向ノ拡大T 6
 抵抗ノUK理(radial spreadingr
esistanoe principle ) t;従
って動作スル半導体素子がある。基本的には、かかる半
導体素子は一方の面にプレーナ電極を他方の反対面に極
めて小さい電極を設けた半導体結晶からなる0これら、
の2個の電極間の電流分布はほぼ円錐形であって丸字導
体素子の内部抵抗に対する結晶寸法の許容範囲の影響を
着しく消滅する。さらに、この装置では結晶における表
面効果の結果として電流の変動が排除されている。通常
のNTOセンサ累子と比較すると、半径方向の拡大する
抵抗の原理に従って動作する半導体素子の場合の測定誤
差は著しく小さい。
しかし、かかる半導体素子は2つの大きな欠点を有する
。第1に、高温度領域に向う前記素子の動作範囲は真性
導通が起る結果として制限されることで、この理由は半
導体素子の内部抵抗が外因性導通範囲では温度の上昇に
伴なって増大するが真゛性導通が始まると再び低下する
からである。
第2に、電極面積が著しく異なる結果として半導体素子
の内部抵抗は電流の方向に依存することである。゛電流
方向に対する内部抵抗のかかる依存性は真性導、aが始
まると著しく増大する。
欧州特許出願EP第002888?号は、半導体本体の
上側に少くとも2個の金属接点を設け、上側とは反対側
の表面に金属被−を設けてなる温度センサを開示してい
る。かかる半導体素子では、上側における金−接点を接
続部として用いる。電流伝搬ラインは一方の全綱接点か
ら半導体本体を通って金属被噴まで延在し、またこの金
属被証から半導体本体を通って他方の金w4接点まで延
在する。このことは、電流伝搬ラインが半導体不体内を
通ヴて両方向に延在していて、電流方向に対する半導体
本体の内部抵抗の依存性が低下することを意味する(前
記欧州出願の第す図参照)。しかし、この場合でも、抵
抗の非対称性、従って測定誤差は真性導通が始まると著
しく増大する。
西独国特許出願第8041818号は真性導通が始まる
湿度より高い温度用の半導体デバイスを開示しており、
このデバイスは半導体本体に表面・  檜の著しく異な
る2個の電極を設けたものである。
しかも、この半導体デバイスを流れる電流の大きさおよ
び方向は、半導体本体中に、はとんどすべての少数電荷
キャリヤが負電位にある電極まで搬送され、従ってこれ
に相当する分朧の多数電荷キャリヤが半導体本体中に残
留し、これにより真性導通が′著しく相殺されるような
電界強さ分布が得られるように選定されている。この極
性のために、真性導通が著しい高い温度で始まり、従っ
て外因性導通が優勢である範囲が高温領域に向は拡大さ
れる。この範囲では半導体素子の抵抗特性は温度と共に
一層上昇し、半導体デバイスの測定範囲は高温領域に向
は拡大される。
かかる半導体デバイスにおいて゛電流方向に対する抵抗
特性の依存性が大きいことは、特に温度測定範囲の上部
において欠点となる。
上述の種類の既知の温度センサは数百Ω〜数キロΩの範
囲の内部抵抗を有しているので、通常の測定および信号
処理用半導体回路に用いるのに適している。既知の回路
装置では半導体回路は常に直流電圧または直流電流によ
って動作する。かかる動作方法の場合には、電流方向に
対する内部抵抗の依存性は測定誤差の原因となり、回路
設計に関する可能性を制約する。欧州竺許出fjaEP
第00!8887号に記載されている温度センサはこれ
らの欠点を消滅していない。電流方向に対する内部抵抗
の依存性は真因性導通が始まる湿度より低い湿度範囲に
おいてのみ比較的小さいが、半導体本体は簡単な装置で
あるにも拘らず著しく大きくなる。かかる特別な設計は
半導体素子の熱的慣性が大きくなる原因となるほか、す
べての目的に不適当なり−シング構造になる。
本発明の目的は真性導通の結果として半導体素子の導電
性が既に電流方向に依存している温度においても高い測
定感度を有する簡単で、精確に動作しかつ安価な測定装
置を提供するにある。
本発明においては、冒頭に記載した種類の回路装置にお
いて、前記信号源が交流電流渾または交流電圧源であっ
て、前記測定デバイスが半導体の導電性の差従って供給
信4の極性に依存する半導体温度を測定するためのもの
であることを特徴とする濡度麟定用回路装置により、本
発明の目的を達成する。
信号源からの交流電気信号は零点に対し少くともほぼ対
称的である波形を有しているのが適当であるO 本発明の池の例では、回路装置は半導体材料中に交流I
IE流を供給する信号源および供給交流′電流の結果と
して半導体素子の両端間に生ずる電圧を構出する一定デ
バイスを鍵える。あるいはまた、この回路装置は半導体
素子に交流電圧を印加する信号源および半導体素子中に
生ずる電流を検出する測定デバイスを具えることかでき
る。
本発明のさらに池の例では、半導体素子をインピーダン
ス好ましくはキャパシタンスと直列回路に配置し、信号
源をこの直列回路に接続し、測定デバイスをインピーダ
ンスと並列に配置する。
本発明の回路装置では、好ましくは高インピーダンスを
有し、かつそのドーピング濃度かほぼ101s−101
6原子/Cl118ノトーヒンク原子ノ範囲内にある材
料の半導体素子を用いるのか適当である。かかる材料で
は、現在の用途にとって蝦も興味のある温度範囲におい
て21M1りの電流導通機411:不純物の消耗を伴う
外因性導通および真因性導通が有効である。比較的低い
温度では外因性導通が優勢であって、これは半導体材料
の導電性が電荷キャリヤの易動度のみに依存し、易動度
は温度の上昇に伴なって低下するからである0この結果
半導体材料の比抵抗は温度の上昇に伴って増大する。比
較的高い温度では真1性?#通が優勢であって、これは
電荷キャリヤの密度が湿度の上昇に序って増大するから
である。この結果半導体林料の比抵抗は温度の上昇に伴
って減少する0特定のドーピング濃度の場合には、例え
ばケイ素は約−200℃〜約+800℃の温度範囲にお
いて上述したような性質を示し、外因性導通範囲と真性
導通範囲との間の移動点はドーピング濃度に依存して約
+100℃と約十aoo”cとの間にある0 しかし、真相性導通により生ずる抵抗は、電極下の接続
面積か充分な仕置の電荷キャリヤを生成する場合にのみ
、得ることができる。かかる電荷・キャリヤの生成は半
導体材料中および電極面積からの電荷キャリヤ発生速度
に依存する。電荷キャリヤの発生速度は温度が上昇する
につれて高くなる。池方、半導体素子に比較的大きな電
流が流れする場合には、小電流の場合より高い発生速度
が必要になる。この場合に用いる大きさの異なる電極を
設けた半導体素子においては、この結果電流方向に依存
する内部抵抗の変動が温度の関数となり、この際さらに
半導体素子を通る電流が増大するにつれて抵抗の変動が
増大する。
半径方向の拡大する抵抗の原理に従って動作する半導体
素子により温度を測定するためのすべての既知回路装置
では、外因性導通範囲を測定範囲として利用する。内部
抵抗の電流方向に対する依存性は既に外因性導通範囲に
おいて僅かな程度起っているが、かかる依存性は半導体
素子の使用可能な範囲およびその一定精度を限定する。
本発明においては、異なる電流方向における半導体素子
の内部抵抗のこのような差を利用して測定値を得る。温
度と測定デバイスによって検出される電気側定置との関
係を明確にするには、二つの電流方向における内部抵抗
の特性が異なる傾斜を持っている必要がある、即ち半導
体素子の温度係数は電流方向に依存性である。特に、温
度係数の符号も電流方向に依存性である。外因性導通範
囲における内部抵抗の電流方向依存性は小さく、かつ真
龜性導通が始まる点で有用な測定信号のみを供給するの
で、温度の関数である測定信号の変動は明確な限界値を
示す。この限界値は半導体素子のドーピング濃度に依存
しており、しかも半導体素子に強さの異なる電流を用い
ることによって移行させることができる。
原則として、任意の波形および周波数の交流電気信号ご
使用して内部抵抗の電流方向依存性を評価することがで
きる。少くともほぼ対称の線形、例えば正弦波、方形波
または三角波は測定信号の評価を著しく簡単にする。
交流電圧源を利用して光を測定または検出するための感
光性素子を付勢する測定装置はそれ自体既知である。し
かし゛、この素子は整流器として作用し、光が測定に寄
手しないブロッキング状態を有する。本発明の回路装置
では、導電性が電流方向依存性になる限界値より高い点
で温度を測定す・、る。光瀾定装置の一例は米国特許第
2,054゜886号明細書に記載されている。
本発明は、使用する半導体素子の真辺性導通範囲におけ
る正確な温度測定を可能にする回路装置を提供するとい
う利点を有する。従って、半径方向の拡大する抵抗の原
理に従って動作する温度測定素子の動作範囲は高温領域
に向けて著しく延長される、例えば従来設計のN−ドー
プケイ票半導体素子の場合には約150℃から800℃
を越えるまで延長される。さらに、測定デバイスにより
温度の関数として検出される信号の変動は、直流電圧ま
たは直流電流により通常の方法で駆動した際の半導体素
子の温度係数より大きい。しかも、多くの用途において
測定信号のかかる限界特性は肴利である( r FUN
KS(3HAUJ、 1978 、第14巻、第679
〜682頁参照)。従って不発明は簡単な追加サーキッ
トリを具える簡単な半導体素子を用いた温度測定装置を
提供し、この装置は正確に動作し、調節が容易で、従っ
て多量生産される製品、例えば自動車、家庭用器具等に
おける測定9仕事・、に対する安価な解決を提供する。
狭い許容範囲で半導体素子を安価に製造できるので、測
定精度に課せられる必要条件が厳しくない場合には回路
装置を調節する必要はない。
本発明を図面を参照して例について説明する0第1図は
内部抵抗が温度の関数として変動する状態を示す。曲線
の左手の上昇する部分は外因性導通範囲を示す。電流の
大きさおよび方向に依存して異なる温度で真因性導通が
始まり、温度の上昇に伴なって内部抵抗が低下する。電
流方向による内部抵抗の差は電流の増大に滓なって増大
し、かつまたその時その時の電流方向において真N性導
通が始まる温度は電流の増大に件なって常に互に著しく
異なる。従って回路装置の測定範囲および感度を電流に
よって直接調節することができる6第2図は本発明の回
路装置の原理を示す図である。直列に配置した温度依存
性半導体素子とキャパシタンスとを10発生器の出力端
子に接続する。
10発生器は正弦波電圧を印加する。オシロスフープお
よび電圧計をキャパシタンスと並列に配置する0電圧針
はキャパシタンスの両端間の電圧、即ちその直[成分の
算術平均を示す。
第8図は直流電圧が半導体素子の温度の関数として変動
する状態を示す。外因性導通範囲では、半導体素子の内
部抵抗は小変動を除けば電流方向とは無関係で、キャパ
シタンスの両端間の電圧降下は直流成分の存在しない正
弦波である。真l性導通が高温領域に向けて始まる点で
、抵抗の電流方向依存性によってキャパシタンスの両端
間の電圧が変形し、直流成分を生成する0この直流成分
は温度が上昇するにつれて急激に増大する。
第2図について説明した不発明の回路装置は、例えば、
次の部品を使用して組立てた。
10発生器は1.8vのピーク値および500Hzの周
波数を有する正弦波電圧をその出力端子で生ずる。温度
依存性半導体素子はバルボ(vaivo)素子、タイプ
KTY83である。キャパシタンスは4.7μFである
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の一例に用いる半導体装置、の内部
抵抗と温度との関係を示すグラフ、第2図は杢発明装置
の原理を示す回路図、第8図は測定器vの電圧の読みと
温度との関係を示すグラフである。 特許出願人   エヌ・べ−・フィリップス響フルーイ
ランペンファプリケン

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 L 導電性が温度依存性である半導体素子を具え、前記
    半導体素子にはプレーナ電極とその反対側にほぼ針状の
    電極とを設け、かつ前記半導体素子は限界温度を持って
    いてその温度より高い温度ではその導電性が電流方向に
    依存し、さらに前記電極に接続された信号源および測定
    デバイスを具えた温度測定用回路装置において、 前記信号源を交流電流源または交流電圧源とし、前記測
    定デバイスが半導体の導電性の差従って供給信号の極性
    に依存する半導体温度を測定するための吃のである ことを特徴とする温度測定用回路装置。 亀 信号源からの交流電気信号は零点に対し少くともは
    埋対称的な波形を有している特許請求の範囲の第1項に
    記載の装置。 & 半導体素子に交流電流を供給する信号源および供給
    交流電流の結果として半導体素子の両端間に生ずる電圧
    を検出する測定デバイスを具えた特許請求の一門第1項
    または第2項に記載の装置。 4 半導体素子に交流電圧を印加する信号源および前記
    交流電圧の結果として半導体素子中°に生ずる電流を検
    出する特許請求の範囲第1項または第2項に記載の装置
    。 4 半導体素子をインピーダンス好ましくはキャパシタ
    ンスと直列回路に配置し、信号源をこの直列回路に接続
    し、測定デバイスをインピーダンスと並列に配置した特
    許請求の範囲第4項に記載の装置。 a 特許請求の範囲の第1〜5項のいずれか一つの項に
    記載の回路装置用の半導体素子において、 これより高い温度では半導体素子の導電性が電流方向に
    依存するという限界温度が温度測定範囲の下限に相当す
    るような構造および/または組成を有することを特徴と
    する特許素子。 I 限界温度が半導体素子における電流の天真さによっ
    て決まる特許請求の範囲の第6項に記載の半導体素子。
JP57174115A 1981-10-05 1982-10-05 温度測定用回路装置 Granted JPS5871423A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19813139556 DE3139556A1 (de) 1981-10-05 1981-10-05 Schaltungsanordnung zur messung von temperaturen
DE3139556.2 1981-10-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5871423A true JPS5871423A (ja) 1983-04-28
JPH0261695B2 JPH0261695B2 (ja) 1990-12-20

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ID=6143433

Family Applications (1)

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EP (1) EP0076543B1 (ja)
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DE (2) DE3139556A1 (ja)

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