1 Überblick über die Sensorik

82 3.3 Resistive Temperatursensoren 3.3.3 Halbleiterwiderstände 83
erheblichen Störeffekten führen kann. Mechanische Spannungen treten in der Regel auf
beim Einbau von Halbleiterchips in Gehäuse (Bild 3.3.3-6), unter anderem wegen der
dort auftretenden unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Spannungen
dieser Art können sich beim Betrieb des Sensors in langen Zeiträumen ändern und
damit die Langzeitstabilität der Sensorkennwerte negativ beeinflussen.
Siliziumtemperatursensoren nach dem spreading-resistance-Prinzip sind Volumenbauelemente
und daher nicht wie die in Abschnitt 3.3.2 beschriebenen Dünn- und Dickschichtsensoren
trimmbar. Unvermeidliche Fertigungsstreuungen aufgrund von
Schwankungen in der Dotierungskonzentration, der geometrischen Abmessungen etc.
können nur in eingeschränktem Maß ausgeglichen werden (z.B. durch Einstellung der
n + -Kontaktdiffusion). Danach ist nur noch eine Gruppensortierung der Sensoren aufgrund
der gemessenen Widerstandscharakteristik möglich, d.h. Sensoren sind nur innerhalb
einer vorgegebenen Gruppe austauschbar.
Dieser Nachteil kann aufgehoben werden, wenn auf dem isolierten Sensor ein Netzwerk
von Metallwiderständen aufgebracht wird, mit dessen Hilfe jeder Sensor auf eine vorgegebene
Charakteristik laser-getrimmt werden kann (Bild 3.3.3-7). Solche Sensoren sind
untereinander vollständig austauschbar, allerdings geht der Kostenvorteil der Siliziumsensoren
verloren.
Bild 3.3.3-7
Silizium-Temperatursensor mit aufgedampften Widerstandsnetzwerk zur Trimmung
auf eine Kennlinie der Form
Die Widerstandsbahnen bestehen aus einer Permalloy-Legierung. Die Spiralform unterdrückt eine
Querempfindlichkeit gegenüber Magnetfeldern aufgrund des magnetoresistiven Effekts
(Abschnitt 5.2.2, nach [3.25])
Bild 3.3.3-6
Nach der Methode der finiten Elemente berechnete Verteilung der mechanischen
Spannungen in einem Halbleiterkristall (Chip), nach [3.24]:
a) Halbleiterkristall, der auf einem Metallträger auflegiert ist
b) Axiale mechanische Spannungen in einem Halbleiterkristall für das DO 34-
Glasgehäuse beim Temperaturwechsel von 300 auf 20°C (Typenreihe KTY 84).
Bild 3.3.3-7 Polysilizium als Werkstoff für Temperatursensoren (nach [3.26])
a) spezifischer Widerstand bei Raumtemperatur von durch Ionenimplantation
(Bor) dotierten und laser-ausgeheilten dünnen Polysiliziumschichten in Abhängigkeit
von der Implantationsdosis p
b) Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstands der Schichten aus a)