JPS5839058A - 温度センサ−用半導体素子 - Google Patents

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】 本発明は高い温度感度を有し、歩留まりのよい温度セン
サー用半導体素子に関するものである。

従来より温度を何らかの形で電気信号に変換できるトラ
ンスデエサ、つまり温度センサーとしての役割は益々高
範囲に渡り、濡要も急増の一途をたどっている０例えば
日常生活の中でのエア、コンディショナ（温風器、クー
ラー）、冷蔵庫、電気とたつ、電気毛布、さらに電子レ
ンジ、電気オーブンなどの家庭用電気製品はその一部で
ある。

接触鑞温度センサーの主なものとしては、バイメタル、
サーミスタ、Ｐ−％接合半導体、測温抵抗体、熱電対、
液体温度センサー１．、−ｐ接合トランジスタ等が用い
らｎている。

特に集積回路化が容重で量産性に優牡たセンサーとして
はＰ−％接合手導体が有力であシ、その−例として我々
は第１図に示すような構成の温度センサーｘＯを使用し
ている。ここでは集積化のため、％型基板シリコンを用
いた例について説明する。

接合トランジスタ１に定電ｆｉ（例えば０．１Ｐム程度
）　ｔＲ，す定電流回路２を接続すｎば、接合トランジ
スタ１０ベース、エミッタ間電圧ｔｆｆ１度検出電圧’
Ｖｏ％ｔとした温度センサーを構成する。尚、第１図中
、３は電源電圧の変動に対して出力電圧一定の定電圧回
路を含んだ電源回路である。このシステムにおいて定電
流回路２と定電圧回路を含む電源回路を低消費電力化を
主目的とするため相補型絶縁ゲート電界効果型トランジ
スタＣ以下、−ＭＯＥｉと略す）構造で工０化すると、
こｎに伴ない接合トランジスタ１としては第２図に示す
ような構造でＣＭＯＢと同一プロセスで形成できる５−
Ｐ−％プレーナー接合トランジスタが便用１ｆ’Ｌる。

第２図（ｐ）は最とも簡単なＭＰＭプレーナーシリコン
接合）ランジスタの構造を示した断面図であ６．８２図
の）は平面図である。すなわち、前記トランジスタは舅
−シリコン基板４を；レフター、Ｐ−シリコン基板５を
ベース、舅＋拡散層８１１Ｃ工建ツタ−としている。第
２図（６）にこのトランジスタの等価回路を示す、尚ζ
こて、７はＰ＋チャネルカット、６は夏＋拡散、９は酸
化絶縁膜、１０は電極金属、１１はベース。コレクタ一
端子、１２はエミッタ一端子である。

接合トランジスタのコレクター４とベース５ｔｌ−同電
位Ｋ１１ｋ続した場合、ベース、エミッタ電流工はダイ
オードの電流電圧特性と同様になシ、（１）式％式％ （１） 旙（：真性キャリア密度 ｔ＆：エンツタ注入効率 Ｒ＝ボルツマノ定数 ｌ：単位電荷 ■＝ペース。エミッタ間電圧 ム：接合トランジスタの形状及び少数キャリアの拡散距
離によシ定まる定数。

よって、ベース５、エミッタ８との間のｍａｔ圧特性は
第３図に示すような特性となり温度によって変化する。

ここでτ１　　ｍ”禽　＊Ｔｍは温度であシ、？、＞Ｔ
、＞”ｊの関係にある。このように、温度センシング素
子’１−０Ｍ０Ｂプロセスで定電流回路、定電圧回路と
同一チップ上に容易に製作することができ、制御用の１
チップ温度センサーとして広く応用さｎている。この場
合Ｐ−Ｎ十接合面積が、１１００ｘ１００ｐ”でＰ　−
Ｗａｌｌ濃度（ベース拡散濃度）　５　ｘ　１０”ａｔ
ｏｍｓ、ｃｏｎｌ　、順方向一定電流Ｏ０１μムにおい
て温度係数は、３　ｍ　”Ｉ　／　Ｃ程度が得らｎる。

この接合トランジスタを用いた温度センサーの温度感度
はサーミスタを用いた温度センサーの温度感度（１５ｍ
　Ｖ　／　℃）に（らぺると、低いという欠点含有して
いたが、最近状々は、第４図−）に示したような等価回
路を有するトランジスタをダーリントン接続した温度セ
ンサーによって従来の２倍の温度感度（６ｍ　Ｖｌｏ）
　ｔ−得、更に第４図中）に示した３段接続のダーリン
トントラ／ラスタによる温度センサーでは、９ｓＶ／Ｃ
の温度感度管得ることに成功した。

（第４図（６））　Ｌかし表がらそのばらつきは、第５
図に示すように、ｐット内で、一段で１　ｍ　Ｖ以内で
あったのく対し、２段では２ｍＶ、３段では５ｇＬｖと
増加し、またノイズに対する安定性も、２段、３段と段
数をふやすとともに急激に減少し、３段接続では約１℃
以上、つまｔ）　１０　ｍ　Ｖ程度のゆらぎがＴｏ９、
高歩留ｔｂでノイズに対して安定があるという。１段接
続で得られた特性を失い、改良の必要＆Ｃ１壜らｎてい
た。そまそも多段構成の温度センサー用半導体素子にお
いて、検出電圧のばらつき、ゆらぎの原因は、第４図に
）を参照して説明スると、第１段目のトランジス／ＴＲ
Ｉにおいてベース電流Ｘ讐、コレクタ電流工１ｏとの関
係は、 Ｉｌ、＝β、×工０．。０．。、　（２ここでβ５は各
トランジスタの電流増幅率である。また、トランジスタ
ＴＲ２においては、工１．＝β、Ｘ工１６．。。。（３
） であるから仮にβ、＝β、＝１００とすると、となシト
ランジスタＴＲＩのベース電流値が極めて低くなる。こ
のため１段目のトランジスタＴＲ１は２段目に較べ流れ
るペース電流が大きく違うために、ノイズに対して敏感
になシ、検出電圧をばらつかせる。ｔた、一般に電流増
幅率βは値が大きい程ばらつきも大きくなり、こ扛が検
出電圧そのもののばらつきを大きくしている。従って我
々が求める温度センサーに用いる理想的なＰ−欝接合ト
ランジスタの特性は、β＝１なるトランジスタでダーリ
ントン接続したもので、工、＝工暫＝工１．であること
が望まれる。

本発明はこのような欠点改良に鑑みなされた構造的改良
であシ、温度感度が高く、ばらつきが小さく、ノイズに
対して安定で、工０化に適した非常圧有力な温度センサ
ー用半導体素子を提供するものである。

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に述べる。

本発明の電流増幅率βを低減した温度センサー用Ｐ−、
接合Ｆランジスタの一実施例を第６図（構造断面図）を
用いて詳述する０Ｍ−シリコン基板４ｔ−コレクター、
Ｐ″″シリコンｆｉ板５ｔペース、夏＋拡散層８ｔ−エ
ミッターとした第２図（ロ））の基本構造に加え、エミ
ッタとしての舅＋拡散領域８の周辺に１これよシ深い拡
散長を持つ、Ｐ十拡散領域１３ｔ−形成する。これにょ
シェミッタ（Ｎ十拡散領域８）よ）注入されたキャリア
の一部はベース領域に到達する以前に消滅し、結果とし
て、コレクター電流が減少す。こｎで、電流増幅率βを
低減させたことになる。

又、本発明の他の実施例として、第７図に示すように、
第６図の本発明の構造に加えて、第７図に示すように、
コレクターの働きをするＮ十拡散領域１４（第２のコレ
クタ〕を設はベースに注入さ扛たキャリアーの一部ｆｔ
第２のコレクターから吸収し、ベースに返すことにより
、更に電流増幅率βを低減させるものである。

尚、鋪６図と第７図の４はＭ−基板、６はＮ十拡散コレ
クター、８はＮ十拡散エミッター、Ｅ２は酸化膜、１０
は電極金属、１１はコ、レクター、ベース端子、１２は
エミッタ一端子である。１３は本発明のβ低減のための
Ｐ十拡散領域、１４は、同じくβ低減のために設けた夏
＋拡散領域である。

更に、本発明の他の実施例は前述したβ低減のためのＰ
十拡散領域を設けたＰ−Ｎ接合プレーナートランジスタ
ｔ−２段、３段、あるいは更に多段のダーリントン接続
に用いたものである。

以上詳述したごとく、本発明は、０．−ＭＯＢプロセス
で製造することができ、工○化が答易なＮＰＮプレーナ
接合トランジスタを用いた温度センサーにおいて、構造
的にその電流増幅率βを本発明の構造で低減することに
よシ、２段、３段あるいは更に多段のダーリントン接続
を施した場合、その検出電圧Ｖｒｅｆのばらつきを低減
することができ、またノイズによるゆらぎを減少させ、
歩留まシを向上させることができる。こ牡による温度感
度は、１段で３ｗ＊ｖ／Ｃ１２４段で６憤ｖ／℃、３段
で９　ｍｙ　／　Ｃの高感度、高歩留まりでノイズに対
して安定な温度センサー用牛導体素手を提供するもので
ある。ここではシリコンＫＰＭ接合プレーナートランジ
スタを用いた温度センサーについて述べたが、Ｐ）ＩＰ
接合トッンジスタを用いても同様の効果を得ることがで
き、またシリコン以外の他の半導体材料においても同様
に実現可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は接合トランジスタを用いた従来の温度センナ−
の回路図。 第２図−）は接合トランジスタを用いた従来の温度セン
サー用牛導体素子の断面図。 第２図０）はその平面図。 第２図（６）はそれをあられしたトランジスタ記号を示
す図。 ｔＩＬ３図は接合トランジスタのコレクターとベースを
同電位にした場合の電流、電圧特性図、第４図（α）は
従来の温度センサーとしての接合トランジスタのダーリ
ントン２段接続の接続図、第４図偵）は、従来の温度セ
ンサーとしてのダーリントン３段接続の接続図。 ＠４図（６）は、トランジスタ１段の場合と、ダーリン
トン２段接続と、３段接続の場合の温度感度をあられす
グラフ。 第５図はダーリントン接続の段数に対する検出電圧のロ
ット内ばらつきの大きさｔ−ｉられすグラフ、 第６図は本発明による温度センサー−実施例の構造断面
図、 第７図は本発明による温度センサーの他の実施例の構造
断面図である。 ４゜。Ｎ−シリコン基板コレクタ領域　５．。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）第１導電盟の第１のコレクタとして動作する基板
   と、前記基板表面部分に形成さｎた第２導電型のペース
   拡散層と、前記ペース拡散層内の表面部分に形成された
   第２導電型の拡散層と、前記−拡散層内の表面部分に形
   成さｆ′した第１導電呈のエミッタ拡散層とからなるプ
   レーナー接合トランジスタを用いることを特徴とする温
   度センサー用半導体素子。 （２プレーナー接合トラ／ジスタ’ｔｗ数個ダーリント
   ン接続したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の温度センサー用半導体素子。 （３）拡散層の周囲のペース表面部分にａＩ２のコレク
   タを設けたことｔ−特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の温度センサー用半導体素子。 （４）拡散層の拡散の深さと、第２のコレクタの拡散の
   深さとが同程度であることｔ’特徴とする特許請求の範
   囲第３項記載の温度センサー用半導体素子。 （５）第２のコレクタと第１のコレクタとして動作する
   基板とが電極によ）接続されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第４項記載の温度センサー用半導体素子。