在汽车应用中采用硅温度传感器

对于许多应用而言，存在着比传统热敏电阻更先进的技术，而传统技术往往只是因为先前设计中一直采用而被频繁使用。

使用硅技术制造温度传感器是实现最佳可靠性的方法之一，因为这种传感器的行为与硅本身一样稳定。例如，基于硅的传感器在长达50年的时间内漂移量甚微。精确的半导体制造技术使传感器具备高度的可再生产性。

硅的另一大优势在于，传感器能够充分利用集成电路的封装和大批量制造原理。这对当今汽车应用尤为重要，因为小型化和封装已经成为其主导趋势。

硅温度传感器还具有正温度系数，其电阻随温度升高而增大，从而能提供故障防护功能。

制造稳定、高度线性且耐用的硅温度传感器的方法之一是利用扩散电阻原理(图1)。

图1：“扩散电阻”器件提供圆锥形电流分布。

芯片尺寸约为500x500x240μm。芯片的上表面覆盖着二氧化硅绝缘层，上有一个直径约为20μm的金属化切割孔。整个底面都经金属化处理。

这种排列通过晶体提供圆锥形电流分布，因而得名为“扩散电阻”。此类排列的主要优点在于，传感器电阻对制造公差的依赖程度有显著降低。

靠近金属化孔的区域决定了电阻的主要部分，因此电阻的构建独立于硅晶体的尺寸公差。扩散到金属化表层下面晶体内的n+区域则降低了金属-半导体结点处阻挡层的效应。

但这种配置与极性高度相关，并且需要径向引线封装。有时还会在安装传感器时引发一些问题，因为其极性并非总是那么明显。

要成功解决此问题，可以串联两个极性相反的传感器，如图2所示。采用这种配置后，传感器的电阻将与电流方向无关。

图2：两个极性相反的传感器的串联。

但单传感器排列在一些应用中也具备优势。例如，结构简单的特性使得该传感器能以紧凑的SOD68(DO-34)封装进行生产。另一重要优点在于其工作温度最高可达300℃，而非硅传感器通常的150℃。

这在单传感器件用金属触点正极偏置时即可实现。最高温度之所以能提高，是因为金触点上的正电压极大地降低了上部n+扩散层中的空穴浓度。

扩散电阻技术是恩智浦半导体KTY系列硅温度传感器的基础。该技术能够进行高度精确的温度测量，因为它们可以在整个温度范围内呈现真正线性的温度系数(图3)。

图3：扩散电阻传感器的线性特性(恩智浦半导体公司的KTY 81/82)。

随温度而变化的电阻值可以用与类型有关的常数A和B来计算。在需要更高线性度的场合，可以很方便地添加线性化电阻器。

由于温度系数为正，传感器在系统过热时可以执行故障防护功能。此外，硅特性天性稳定，因此KTY传感器具备极高可靠性和极长的使用寿命。