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Z-元件特性與應(yīng)用的擴(kuò)展
摘要:Z-元件具有進(jìn)一步的開發(fā)潛力,擴(kuò)充其特性和應(yīng)用可形成一些新型電子器件。本文在溫、光、磁敏Z-元件的基礎(chǔ)上,依據(jù)對Z-元件工作機(jī)理的深入探討,開發(fā)出一些新型的半導(dǎo)體敏感元件,如摻金γ-硅熱敏電阻、力敏Z-元件以及新型V/F轉(zhuǎn)換器。本文著重介紹了這些新型敏感元件的電路結(jié)構(gòu)與工作原理。這些新型敏感元件都具有生產(chǎn)工藝簡單、體積小、成本低等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:熱敏電阻,摻金γ-硅熱敏電阻,Z-元件,力敏Z-元件,V/F轉(zhuǎn)換器
一、前言
Z-半導(dǎo)體敏感元件﹙簡稱Z-元件﹚性能奇特,應(yīng)用電路簡單而且規(guī)范,使用組態(tài)靈活,應(yīng)用開發(fā)潛力大。它包括Z-元件在內(nèi)僅用兩個(gè)﹙或3個(gè)﹚元器件,就可構(gòu)成電路最簡單的三端傳感器,實(shí)現(xiàn)多種用途。特別是其中的三端數(shù)字傳感器,已引起許多用戶的關(guān)注。
Z-元件現(xiàn)有溫、光、磁,以及正在開發(fā)中的力敏四個(gè)品種,都能以不同的電路組態(tài),分別輸出開關(guān)、模擬或脈沖頻率信號,相應(yīng)構(gòu)成不同品種的三端傳感器。其中,僅以溫敏Z-元件為例,就可以組合出12種電路結(jié)構(gòu),輸出12種波形,實(shí)現(xiàn)6種基本應(yīng)用[3]。再考慮到其它光、磁或力敏Z-元件幾個(gè)品種,其可供開發(fā)的擴(kuò)展空間將十分可觀。為了拓寬Z-元件的應(yīng)用領(lǐng)域,很有從深度上和廣度上進(jìn)一步研究的價(jià)值。
本文在前述溫、光、磁敏Z-元件的基礎(chǔ)上,結(jié)合生產(chǎn)工藝和應(yīng)用開發(fā)實(shí)踐,在半導(dǎo)體工作機(jī)理上和電路應(yīng)用組態(tài)上進(jìn)行了深入的擴(kuò)展研究,形成了一些新型的敏感元件。作為其中的部分實(shí)例,本文重點(diǎn)介紹了摻金g-硅新型熱敏電阻、力敏Z-元件以及新型V/F轉(zhuǎn)換器,供用戶分析研究與應(yīng)用開發(fā)參考。這些新型敏感元件都具有體積小、生產(chǎn)工藝簡單、成本低、使用方便等特點(diǎn)。
二、摻金g-硅新型熱敏電阻
1.概述
用g-硅單晶制造半導(dǎo)體器件是不多見的,特別是用原本制造Z-元件這樣的高阻g-硅單晶來制造Z-元件以外的半導(dǎo)體器件,目前尚未見到報(bào)導(dǎo)。Z-元件的特殊性能,主要是由摻金高阻g-硅區(qū)﹙也就是n-i區(qū)﹚的特性所決定的,對摻金高阻g-硅的性能進(jìn)行深入地研究希望引起半導(dǎo)體器件工作者的高度重視。
本部分從對摻金g-硅的特性深入研究入手,開發(fā)出一種新型的熱敏元件,即摻金g-硅熱敏電阻。介紹了該新型熱敏電阻的工作原理、技術(shù)特性和應(yīng)用特點(diǎn)。
2.摻金g-硅熱敏電阻的工作機(jī)理“摻金g-硅熱敏電阻”簡稱摻金硅熱敏電阻,它是在深入研究Z-元件微觀工作機(jī)理的基礎(chǔ)上,按新的結(jié)構(gòu)和新的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)制造的,在溫度檢測與控制領(lǐng)域提供了一種新型的溫敏元件。
為了熟悉并正確使用這種新型溫敏元件,必須首先了解它的工作機(jī)理。Z-元件是其N區(qū)被重?fù)诫s補(bǔ)償?shù)母男訮N結(jié),即在高阻硅材料上形成的PN結(jié),又經(jīng)過重金屬補(bǔ)償,因而它具有特殊的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和特殊的伏安特性。圖1為Z-元件的正向伏安特性曲線,圖2為Z-元件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖。
由圖1可知,Z-元件具有一條“L”型伏安特性[1],該特性可分成三個(gè)工作區(qū):M1高阻區(qū),M2負(fù)阻區(qū),M3低阻區(qū)。其中,高阻的M1區(qū)對溫度具有較高的靈敏度,自然成為研制摻金g-硅熱敏電阻的主要著眼點(diǎn)。
從圖2
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]
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