Mikroelektronische und optische Bauelemente Prof. Hagemann Herstellung, Funktion und Anwendungen von integrierten Si-Spreading-Resistance Sensoren Timo Baumeister Matr.-Nr. 235792 Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Physikalische Grundlagen Kenndaten Herstellung Bauformen Inhalt Einleitung Schematischer Aufbau Physikalische Grundlagen Kenndaten Herstellung Bauformen Anwendungsgebiete Zusammenfassung Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

PTC-Temperatursensor („positive temperature coefficient“) Einleitung PTC-Temperatursensor („positive temperature coefficient“) Silizium-Sensor Prinzip des Ausbreitungswiderstand („spreading resistance“) Ursprung aus der „one-point-method“ zur Bestimmung des spezifischen Widerstand von Halbleitern Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

kegelförmige Stromverteilung: Einleitung kegelförmige Stromverteilung: wesentlich unempfindlicher gegenüber Toleranzen im Kristallgitter weniger Einfluß auf den Sensorwiderstand d Durchmesser Bohrung D Dicke des Chip d << D Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Schematischer Aufbau Metallisierung SiO2 (Isolation) n+ dotiert SiO2 (Isolation) Feldlinie Äquipotentialfläche spez. Widerstand ρ n dotiertes Si Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Ersatzschaltbild („spreading resistance“) Schematischer Aufbau Ersatzschaltbild („spreading resistance“) Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Widerstand durch Unsymmetrie nicht unabhängig von der Stromrichtung Schematischer Aufbau Widerstand durch Unsymmetrie nicht unabhängig von der Stromrichtung „Doppel“-Sensorausführung (Reihenschaltung mit entgegensetzten Polaritäten) Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Schematischer Aufbau Metallisierung Oxidschicht Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Physikalische Grundlagen Widerstand ρ = spezifischer Widerstand d = Durchmesser der Bohrung spezifischer Widerstand e = Elementarladung µ = Beweglichkeit N = Dotierungskonzentration Beweglichkeit µ Ladungsträger in Si = f(θ) Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Physikalische Grundlagen Zusammenhang: Dotierungselektronen für Ladungstransport verantwortlich (1014 < N < 1015) steigende Temperatur sinkende Elektronen-Beweglichkeit steigender Widerstand Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Physikalische Grundlagen Abhängigkeit des spezifischen Widerstands ρ von der Temperatur θ für P- und N-dotiertes Silizium Begrenzung: Thermisch erzeugte Ladungsträger kompensieren Bewegungsabnahme der Dotierungselektronen Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Physikalische Grundlagen Mathematischer Zusammenhang: = Widerstand bei der Temperatur = Widerstand bei α,β Temperaturkenngrößen: α = 0,773*10-2K-1 β = 1,83*10-5K-2 Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Kenndaten Widerstand R25 = 1000 Ω Dauerstrom ID = 1 mA Spitzenstrom (θ = 25°C, ID ≤ 1mA) R25 = 1000 Ω Dauerstrom ID = 1 mA Spitzenstrom IM = 10 mA Temperaturkoeffizient (θ = 25°C ) αR = 0,77%K-1 Meßtemperaturbereich -55°C … +150°C Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Oberfläche geschützt durch Herstellung Planartechnologie wg. sehr kleiner Toleranzen: NTD-Silzium („Neutron-Transmutation Doping“, Neutronen-Bestrahlung in Nuklearreaktor) Oberfläche geschützt durch Phosphorglasschicht Si-Nitrid-Versiegelung Anschlußkontakte Gold-metallisiert Gold-Bonding Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Bauformen KTY81: Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Bauformen KTY82: Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Bauformen KTY83/84: KTY85: Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Anwendungsgebiete Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen