[发明专利]GaN高温压力传感器有效
申请号: | 201811494579.6 | 申请日: | 2018-12-07 |
公开(公告)号: | CN109682510B | 公开(公告)日: | 2021-05-04 |
发明(设计)人: | 宋旭波;吕元杰;谭鑫;韩婷婷;周幸叶;冯志红 | 申请(专利权)人: | 中国电子科技集团公司第十三研究所 |
主分类号: | G01L1/20 | 分类号: | G01L1/20;G01L9/02 |
代理公司: | 石家庄国为知识产权事务所 13120 | 代理人: | 高欣 |
地址: | 050051 *** | 国省代码: | 河北;13 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | gan 高温 压力传感器 | ||
本发明提供了一种GaN高温压力传感器,包括硅衬底和硅基座,硅衬底上设有GaN外延层,GaN外延层上设有压阻器件和引脚,硅衬底的下表面且对应压阻器件正下方设有减薄凹槽,减薄凹槽对应的区域为压力检测区,压阻器件位于压力检测区,引脚在压力检测区之外;硅基座下表面设有第一刻蚀凹槽,第一刻蚀凹槽的槽底设有第二刻蚀凹槽和通孔;硅基座与硅衬底通过玻璃浆料烧结密封连接,压阻器件位于第二刻蚀凹槽内,引脚位于第二刻蚀凹槽之外,通孔内填充用于将引脚引出的金属。本发明提供的GaN高温压力传感器,具有较强的压电极化效应,具备在高温、辐照环境下工作的能力,在硅衬底上外延GaN,可以制备较大的晶圆,且加工工艺比碳化硅材料容易。
技术领域
本发明属于压力传感器技术领域,更具体地说,是涉及一种GaN高温压力传感器。
背景技术
半导体材料压力传感器具有体积小、一致性高、响应度大等优势,然而常规的Si基压力传感器一般只能工作到125℃。高温下压阻元件间的PN结隔离失去作用,导致压力传感器失效。更高温度应用领域迫切需要高性能的压力传感器。SOI结构的压力传感器、SiC材料的压力传感器结合耐高温的封装、保护工艺是目前高温压力传感器的主要技术方案。目前,利用SiC的耐高温特性,压力传感器工作温度可以提高到600℃,最高可以达到1000℃。
然而,Si是一种窄禁带的半导体材料,其耐高温性能不如宽禁带半导体材料;宽禁带SiC压力传感器发展则受限于刻蚀、掺杂等工艺,难度较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种GaN高温压力传感器,以解决现有技术中存在的制作难度大的技术问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:提供一种GaN高温压力传感器,包括:硅衬底,其上表面设有凸台,所述凸台上设有GaN外延层,所述GaN外延层上设有压阻器件和引脚,所述压阻器件位于所述GaN外延层的中间,所述引脚位于所述GaN外延层的边缘,所述硅衬底的下表面且对应所述压阻器件正下方设有减薄凹槽,所述减薄凹槽对应的区域为压力检测区,所述压阻器件位于所述压力检测区,所述引脚在所述压力检测区之外,所述凸台四周的平面为第一连接面;
硅基座,下表面设有第一刻蚀凹槽,所述第一刻蚀凹槽的槽底设有用于密封所述压阻器件的第二刻蚀凹槽和用于引出所述引脚的贯穿所述硅基座的通孔,所述第一刻蚀凹槽四周的平面为第二连接面;
所述硅基座的所述第二连接面与所述硅衬底的所述第一连接面通过玻璃浆料烧结实现密封连接,所述凸台位于所述第一刻蚀凹槽内,所述压阻器件位于所述第二刻蚀凹槽内,所述引脚位于所述第二刻蚀凹槽之外,所述第一刻蚀凹槽的槽底与所述GaN外延层相贴,所述通孔内填充用于将所述引脚引出的金属。
进一步地,所述金属引出并外延到所述硅基座的上表面。
进一步地,所述金属为Cu、Al、Au、Ti、Pt或Ni中的任一种。
进一步地,所述GaN外延层异质结为AlGaN/GaN、或InAlN/GaN、或AlN/GaN。
进一步地,所述GaN外延层上设有至少一个压阻器件和至少两个引脚,两个所述引脚对称分设于所述压阻器件的两侧。
进一步地,所述压阻器件为电阻、电容、二极管或三极管。
本发明提供的GaN高温压力传感器的有益效果在于:与现有技术相比,GaN是一种宽禁带半导体材料,且具有较强的压电极化效应,具备在高温、辐照环境下工作的能力,在硅衬底上外延GaN,可以制备较大的晶圆,且加工工艺比碳化硅材料容易。本发明提供的压力传感器通过硅硅连接形成传感器的密闭腔体,能够减小连接部位在高温下膨胀系数的失配,同时,隔离压阻器件与外部环境的接触,能够避免环境中的腐蚀性物质或粉尘等对压阻器件的破坏,提高传感器的性能。
本发明还提供一种GaN高温压力传感器的制备方法,包括以下步骤:
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