SU1283549A1 - Терморезистор и способ его изготовлени - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано при измерении температуры при различных технологических процессах. Цель изобретени  - расширение рабочего температурного диапазона и повышение чувствительности. На диэлектрической подложке 2 размещен термочувствительный слой 1, выполненный в виде электропровод щей фазы мелкодисперсной структуры, расположенной в приповерхностном слое 3. Слой формируют термодиффузией фазы в подложку из стекла с поверхностной плотностью областей (8-9)10 см и фактором заполнени  0,7-0,75. Термодиффузию провод т на воздухе при 853 - 873 К в течение 10-20 мин. Контакты 5 к слою 1 представл ют собой пленки серебра, получаемые вжиганием серебр ной пасты в подложку. Изменение температуры приводит к изменению по величине рассто ний между островками 4 в слое 1 и сопротивлени  терморезистора . 2 с., 2 з.п. ф-лы. 3 ил. (Л

Description

JT

/

JZ

IX

JoOoOoooooopoooOoOL чооХ n;; о . t

9.9. / f

I4

7

IX

oopoooOoOL . t

/

2

Фиг./

Изобретение относитс  к разработке термочувствительного элемента и способа его изготовлени , а конкретно к разработке терморезистора, работающего в услови х термоциклиро- вани  в широкой температурной области и в исследовани х, когда приходитс  использовать широкий температурны интервал,и может найти применение пр измерении температуры при различных технологических процессах.

Целью изобретени   вл етс  расширение рабочего температурного диапазона в области криогенных температур и повышение чувствительности в расширенном температурном интервале, а также обеспечение стабильности характеристик и упрощение технологии изготовлени  терморезистора.

На фиг. 1 схематически изображен терморезистор, внешний вид; на фиг.2 микрофотографи  поверхн ости термочувствительного сло  терморезистора , полученного методом термодиффузии из сплава 52% Fe, 48% Со; на фиг. 3 - зависимость сопротивлени  g R терморезистора от обратной температуры 1/Т.

Терморезистор (фиг. 1) представл ет собой термочувствительньш слой 1, сформированный в стекл нной подложке 2. Термочувствительный слой 1 выполнен в виде расположенных в приповерхностном слое 3 статистически однородных по размерам областей 4 элек- 35 фиг. 3 дл  состава , тропровод щей. фазы мелкодисперсной

зависимости сопротивлени  терморезистора от обратной температуры видно, что значение полного сопротивлени  терморезистора в области температур 20 - 40 600 К измен етс  от 10 до 10 Ом,что свидетельствует о большом .значении об при значени х сопротивлени  терморезистора , позвол ющих проводить измерени  в указанном температурном

ном микроскопе TSM-35 (фиг. 2). Тол- 45 диапазоне.

щина термочувствительного сло  1 сое- Дл  получени  термочувствительных

слоев с мелкодисперсной островковой структурой сформированных в диэлектрической матрице использован метод

структуры с поверхностной плотностью островков (8-9) -10 см и фактором заполнени  0,70-0,75, который соответствует размерам островков 0,1 - 0,3 мкм и межостровковым рассто ни м около (6-8) -10 мкм. Структура поверхности термочувствительного сло  исследовалась на растровом электронтавл ет 5-20 мкм, В качестве контактов 5 к термочувствительному слою 1 служат пленки серебра, получаемые

вжиганием серебр ной пасты в подлож- 50 термодиффузии. Дл  проведени  проку по стандартной технологии. Термочувствительный слой 1 терморезистора защищен от внешних воздействий фриттой 6 из легкоплавкого стекла.

Терморезистор работает следующим образом.

Изменение температуры приводит к изменению поверхностного сопротивле

5

НИН термочувствительного сло  1,сформированного в приповерхностном слое 3 стекл нной подложки 2. Структура термочувствительного сло , выполненного в виде статистически однородных по размерам островков 4 металлической электропровод ш,ей фазы с поверхностной плотностью островков (8-9) и очень высоким фактором заполнени  0,70-0,75, обеспечивает туннельный механизм проводимости в данной системе . Изменение температуры в широком температурном диапазоне приводит к изменению по величине межост- ровковых рассто ний в термочувствительном слое. При понижении температуры эти рассто ни  увеличиваютс , привод  к уменьшению, прозрачности барьера и, следовательно, к увеличению сопротивлени  терморезистора.

Повышение температуры приводит к уменьшению межостровковых рассто ний

и соответственно к понижению сопротивлени  термочувствительного сло  в

5 св зи с увеличением прозрачности барьера.

Предлагаемый механизм обеспечивает высокий отрицательный 18-20 0 2 1 0,8 в области темпе0 ратур 20 - 600 К и, следовательно, обеспечивает более высокую по сравнению с известными терморезисторами чувствительность в расширенном рабочем диапазоне. Из приведенной на

0

зависицесса термодиффузии на пластину из стекла помещают источник электропровод щей фазы, содержащий железоко- бальтовый сплав, Этими источниками 55 могут быть бруски, фольга и др.

Эмпирически установлено, что высока  чувствительность об терморезистора на основе сплава Fe . обес31

печиваетс  в интервале 0,1 х 0,7 При выходе за указанные пределы чувствительность терморезистора существенно ухудшаетс .

Стекл нную пластинку с источником электропровод щей фазы отжигают на воздухе при температуре разм гчени  стекла в течение определенного времени . При выборе подложки из бароси- ликатного стекла термодиффузню про- вод т при 853-873 К в течение 10 - 20 мин. При указанной температуре происходит взаимна  термоднффузи  металла и материала подложки, на поверхности которой имеетс  множество центров зародышеобразовани . Последние  вл ютс  центрами накоплени  диф фундируемого металла, в результате чего происходит неравномерное проникновение металлической фазы в слой диэлектрика. Вследствие локализации и накоплени  металлической фазы на центрах зародышеобразовани  происходит образование островковой мелкодисперсной структуры, расположенной в диэлектрической матрице. Поскольку термочувствительный слой формируетс  на воздухе, то параллельно с формированием происходит и его стабилизаци , в результате происход щих в процессе термодиффузии окислительных процессов. Длительность отжига контролируют непосредственно по сопротивлению термочувствительного сло терморезистора. Дл  этого был отра- ботан временной и температурный режим , позвол ющий получать терморезисторы с минимальным рабочим сопротивлением . При выборе температуры отжига 853-873 К отжиг провод т в те- чение 10-20 мин. Уменьшение или увеличение времени отжига приводит к получению высокоомных терморезисторов вследствие недостаточности диф- фундируемой металлической фазы в диэлектрической матрице или чрезмерного окислени  металлической фазы соответственно.

Важным моментом при проведении термодиффузии  вл етс  обеспечение контакта по всей поверхности между источником электропровод щей фазы и подложкой. Контакт соприкасающихс  поверхностей источника электропровод щей фазы с подложкой обеспечивают сжатием с усилием (10-50) Н/см.

В предлагаемом термодиффузионном способе изготовлени  терморезисторов

геометрию термочувствительного сло  задают либо конфигурацией поверхности источника электропровод щей фазы,либо конфигурацией поверхности, контактирующей с источником, части подложки, что позвол ет получать терморезисторы различной формы.

Пример. Б качестве диэлектрической подложки, на которой формировалс  термочувствительный слой предлагаемого терморезистора, использовалась стекл нна  плоскопараллельна  пластинка (стекло марки КГ 25116) толщиной 0,5 мм. На стекл нную пластинку размером 3-10 мм сверху укладывалась пластина стали, содержаща  сплав , толщиной 0,2 мм и размером 2-10 мм. Веса пластинки достаточно , чтобы поверхности источника электропровод щей фазы и подложки прижимались с усилием 20 Н/см . Заготовка помещалась в муфельную печь, где производилась термодиффузи  на воздухе при К в течение 15 мин. Толшрна полученного термочувствительного сло  составл ла 12 мкм. Электроды на поверхности термочувствительного сло  изготавливались вжигани- ем серебр ной пасты по обычной технологии . Рассто ние между электродами составл ло 0,2 мм. Затем дл  обеспечени  герметизации поверхность терморезистора покрывалась суспензией из фритты легкоплавкого стекла и снова прогревалась в течение 10-15 мин до 623-653 К (температуры плавлени  фритты). Сопротивление терморезистора при комнатной температуре составл ло 10,0 Ом.

Измен   температуру вплоть до

1.

10 К,

стро т зависимость Ig (-)

10 15 20 25 30 35 40 45

50

55

(фиг. 3). Использу  кривую, представленную на фиг. 3, определ ют чуствительность терморезистора в точках температурного интервала. С понижением температуры от 500 до 20 К дл  данного состава значение чувствительности oi растет от 0,8%/град до 18%/град.

Claims (1)

1. Терморезистор, содержащий диэлектрическую подложку и термочувствительный слой с контактами, включающий электропровод щую фазу на основе металлов, отличающи Фиг. 2

10 м ja fff se go

rO

ЮООО

ja fff se go

фиг-. 1

rOOO/j If-I