[发明专利]氮化镓温度传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了氮化镓温度传感器及其制备方法和应用。其中，该氮化镓温度传感器包括氮化镓层、隧穿层、阴极和阳极，所述隧穿层设在所述氮化镓层的至少一部分表面上，所述隧穿层上设有电极孔；所述阴极设在所述电极孔中并与所述氮化镓层接触；所述阳极设在所述隧穿层的部分表面上，所述阳极不与所述阴极接触。该温度传感器采用金属‑隧穿层‑氮化镓新型结构，利用载流子在受热激发后隧穿通过隧穿层的概率增大的原理，即热致隧穿效应，通过检测隧穿电流的大小实现对温度的检测和传感，具有耐高温、高线性度和高灵敏度的优势，可以更好的满足大功率、高温等应用场景的测温需求。

技术领域

本发明属于半导体材料领域，具体而言，涉及氮化镓温度传感器及其制备方法和应用。

背景技术

温度传感器是能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，广泛应用于各行各业。传统的温度传感器主要是热敏电阻或热电偶型，热敏电阻制作简易，但是线性度较差，而热电偶的精度低。而硅基COMS温度传感器虽然具有高线性度，但是工作范围有限，一般低于120℃。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出氮化镓温度传感器及其制备方法和应用，以满足应用场景对温度传感器的耐高温、高线性度和高灵敏度的性能要求。

本发明主要是基于以下问题提出的：

氮化镓(GaN)属于宽禁带半导体材料，GaN基器件广泛应用于新能源汽车、轨道交通、航空航天等领域，这些应用领域的往往是大功率应用场景，往往伴随着高温，需要对器件或系统进行温度监控，以进行热管理提升器件及系统可靠性。GaN基肖特基二极管温度传感器虽然也能够实现对温度的检测，但其温度灵敏度相对较低，通常为1-2mV/K。

为此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种氮化镓温度传感器。根据本发明的实施例，该温度传感器包括：

氮化镓层；

隧穿层，所述隧穿层设在所述氮化镓层的至少一部分表面上，所述隧穿层上设有电极孔；

阴极，所述阴极设在所述电极孔中并与所述氮化镓层接触；

阳极，所述阳极设在所述隧穿层的部分表面上，所述阳极不与所述阴极接触。

与现有技术相比，本发明上述实施例的氮化镓温度传感器采用金属-隧穿层-氮化镓新型结构，利用载流子在受热激发后隧穿通过隧穿层的概率增大的原理，即热致隧穿效应，通过检测隧穿电流的大小实现对温度的检测和传感，具有耐高温、高线性度和高灵敏度的优势，可以更好的满足大功率、高温等应用场景的测温需求。

另外，根据本发明上述实施例的氮化镓温度传感器还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述隧穿层的厚度为0.5～10nm；和/或，所述隧穿层材料为选自二氧化硅、氧化铪、氧化铝、氧化钛、氮化硅和氮化铝中的至少一。

在本发明的一些实施例中，所述氮化镓层满足以下条件中的至少之一：所述氮化镓层的厚度为50nm～50μm；所述氮化镓层为非掺杂氮化镓层、n型掺杂氮化镓层或p型掺杂氮化镓层；所述氮化镓层为单晶层。

在本发明的一些实施例中，所述阴极材料为选自Ti、Ni、Al、Pt、W、TiN和Au中的至少之一；和/或，所述阳极材料为选自Ti、Ni、Au和Al中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，氮化镓温度传感器进一步包括：衬底，所述氮化镓层设在所述衬底的至少一部分表面上。

在本发明的一些实施例中，氮化镓温度传感器进一步包括：氮化镓缓冲层，所述氮化镓缓冲层设在所述衬底的至少一部分表面上，所述氮化镓层设在所述氮化镓缓冲层的至少一部分表面上。