Спосіб виготовлення чутливого елемента терморезистора

Реферат: UA 95335 U UA 95335 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області термометрії і може бути застосовано для виготовлення чутливого елемента термометрів на основі тонких шарів германію. З використанням технології, що пропонується, можуть бути створені термометри, які призначені для вимірювання температури в тепловій, атомній, космічній та ракетній техніці, термоядерній та атомній енергетиці, фізиці низьких температур та інших галузях науки і техніки. Відомо, що одними з найбільш поширених вторинних приладів для виміру низьких і середніх температур є термометри опору, чутливим елементом яких є тонкі шари германію на GaAs [1-4]. Робота цих приладів заснована на залежності опору шару германію від температури. Перевагами цих термометрів є широкий діапазон вимірювальних температур, висока чутливість, різноманіття варіантів конструктивного виконання, мініатюрність та інші. Проте недоліком плівкових германієвих термометрів є вузький діапазон температурної чутливості, неоднорідність температурних та електричних властивостей. Тому розробка способу виготовлення чутливого до температури шару германію на підкладці з арсеніду галію, який дозволяє розширити діапазон температурної чутливості, поліпшити відтворюваність температурних та електричних властивостей чутливих елементів, є актуальним завданням напівпровідникової термометрії. Відомий спосіб виготовлення чутливого елемента терморезистора - аналог, чутливим елементом якого є шари германію на GaAs [3]. Спосіб включає нагрів в вакуумі підкладки з GaAs до температури від 450 до 500 С та нанесення при цих температурах шару германію на підкладку з молекулярного пучка германію в вакуумі. Згідно з описом корисної моделі, чутливий елемент виконаний у вигляді пластично деформованого шару германію товщиною від 1 до 50 мкм. Робота цих термометрів заснована на залежності опору пластично деформованого шару германію від температури. Лінійні і точкові дефекти, що виникають при пластичній деформації в об'ємі шару, забезпечують появу провідності по домішках в області низьких температур. Ці ж дефекти при більш високих температурах забезпечують провідність по валентній зоні (шар германію р-типу). Сильна температурна залежність провідності по домішках по валентній зоні забезпечує чутливість до температури цього терморезистора в діапазоні 4.2-300 К. Однак суттєвим недоліком способу виготовлення чутливих елементів таких термометрів є вузький діапазон температурної чутливості, неоднорідність температурних та електричних властивостей тонких шарів пластично деформованого шару германію, що пов'язано з суттєвим впливом пластичної деформації на лінійні і точкові дефекти. Відомий спосіб виготовлення чутливого елемента низькотемпературних термометрів, вибраний нами за прототип [4]. Спосіб включає нагрів в вакуумі підкладки з GaAs з орієнтацією (100) до температури від 450 °С до 550 °С, нанесення при цих температурах шару германію на підкладку з молекулярного пучка германію в вакуумі товщиною ~ 1.0 мкм. Згідно з описом корисної моделі, чутливий елемент - шар германію, який виготовлений при вищевказаній сукупності технологічних режимів, має структуру монокристалу. Вибір орієнтації підкладки GaAs (100) забезпечує умови для отримання кристалічних шарів германію. Відповідно до прототипу, що при вказаних технологічних умовах шари германію являють собою сильно легований та сильно компенсований домішками галію та миш'яку напівпровідник, при цьому концентрація 18 19 -3 домішок знаходиться в межах від 10 до 510 см і ступінь компенсації - від 0.9 до 1. Авторами встановлено, що при вказаних технологічних умовах нанесення шару германію на підкладку з GaAs орієнтацією (100) хімічний склад домішок та їх розподіл в шарі германію, які формують температурні властивості чутливого до температури шару германію, визначається процесом дифузії атомів галію та миш'яку з підкладки арсеніду галію в шар германію на межі розділу Ge-GaAs. Роботу цих термометрів (прототипу) засновано на залежності опору сильно легованих та сильно компенсованих монокристалічних шарів германію від температури. Сильна температурна залежність провідності по домішках валентної зони забезпечує високу чутливість до температури цього терморезистора в діапазоні 4.2-300 К. Однак суттєвим недоліком відомого способу виготовлення чутливих елементів таких термометрів є вузький діапазон температурної чутливості, неоднорідність температурних та електричних властивостей монокристалічних сильнолегованих та сильнокомпенсованих шарів германію на підкладках арсеніду галію. Це пов'язано з тим, що при термічному осадженні германію на підкладку з арсеніду галію за певних умов відбувається легування шарів германію за рахунок дифузії атомів галію і миш'яку з підкладки в плівку в процесі її зростання. Відомо, що при цих високих температурах (450 °С до 550 °С) відбувається недостатньо контрольований процес дисоціації підкладки GaAs на галій і миш'як і їх випаровування з поверхні. Відносна швидкість випаровування і концентрація на поверхні підкладки та дифузія домішок галію або миш'яку з поверхні підкладки в шар германію залежать від різних конкретних технологічних режимів (вакууму, температури та часу відпалу, температури та часу осадження шару), які впливають на 1 UA 95335 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вузький діапазон температурної чутливості, низьку відтворюваність електричних та температурних характеристик шару германію на поверхні GaAs. Таким чином, відомі способи виготовлення чутливого до температури елемента на основі шарів германію на арсеніду галію, прототип та аналоги, не можуть бути використані для створення технології термометрів, яка забезпечує розширення діапазону температурної чутливості, однорідність температурних та електричних властивостей температурних характеристик. Задача, на вирішення якої направлено заявлене технічне рішення, полягає в розробці нового способу, який забезпечує розширення діапазону температурної чутливості та підвищення однорідності температурних та електричних властивостей шару германію на арсеніді галію для створення нового класу промислових температурних термометрів. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб виготовлення чутливого до температури шару германію на підкладці з арсеніду галію включає нагрів в вакуумі підкладки з GaAs орієнтацією (100), нанесення шару германію на підкладку з молекулярного пучка германію в вакуумі, який відрізняється тим, що з метою розширення діапазону температурної чутливості, підвищення однорідності температурних та електричних властивостей шару германію, спочатку проводять нагрів підкладки GaAs при температурі Т1, яка задовольняє умову Т1