[發明專利]苛刻環境壓力傳感器

無效

• 申請號: 201210051924.5
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102607759A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: V-G·杜米特魯;S-D·科斯蒂;M·布勒茲努;B-C·塞爾班
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: G01L9/00
• 分類號: G01L9/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬紅梅;盧江

背景技術

本公開涉及傳感器并且特別地涉及壓力傳感器。更特別地，所述傳感器涉及在苛刻環境中的壓力傳感器。

發明內容

本公開揭示一種用于在苛刻環境中測量壓力的傳感器。所述傳感器可以具有形成在基底上的晶體管。由基底的一部分形成的可以是膜片，該膜片可以由于膜片上的壓力改變而彎曲。所述晶體管可以檢測膜片的彎曲，并且所述晶體管能夠通過非惠斯通差分放大器類型電路指示壓力改變的幅度。所述晶體管可以是高電子遷移率晶體管(HEMT)。HEMT可以是Ⅲ族氮化物晶體管。晶片可以被附著至所述膜片以形成密封腔。

附圖說明

圖1為GaN晶體管的示圖；

圖2a為集成晶體管作為壓力傳感器的基礎的電子電路的示例性示例的示意圖；

圖2b為具有用于包含晶體管的基底的傳感器的示例性示例的示圖，其中所述基底具有用于壓力檢測的膜；以及

圖3為具有用于包含晶體管的基底并且具有用于檢測相對于腔內的參考壓力的壓力的腔的傳感器的示例性示例的示圖。

具體實施方式

能夠在高溫下和苛刻環境中工作的壓力傳感器看來似乎在許多應用領域中是需要的，所述應用領域諸如內燃機測量(缸內壓力、排放等)，油、氣以及地熱勘探和鉆井、氣渦輪以及公用事業應用(鍋爐、生命安全等)。在許多情況中，所要求的高操作溫度(300℃以上)和腐蝕介質的存在可能對傳感器材料施加極端的限制。例如，市場上有售的硅壓敏電阻壓力傳感器通常不能在這樣高的溫度下工作。

本文中的方法是實現GaN壓力傳感器，其用來感測連接在有源負載差分放大器級中的氮化鎵(GaN)高電子遷移率晶體管(HEMT)。GaN對于在高溫和苛刻環境應用下操作的設備而言可能是合適的。由于其寬帶隙性質，GaN呈現出高度熱穩定的。因此，GaN電子設備可以在升高的溫度下操作。該材料還呈現出化學穩定的，使得其適于在化學苛刻環境中操作。

圖1為可以在本傳感器中使用的GaN晶體管11的示圖。可以使用由諸如硅、藍寶石、或碳化硅之類的材料制成的基底12。GaN的層13可以被形成在基底12上。AlGaN的層14可以被形成在層13上。2-DEG(即，二維電子氣)15存在于層13和14的界面處。可以在層14上形成觸點16用于漏極和源極。在層14的剩余表面的至少一部分上，可以形成SiO₂或Al₂O₃的層18。用于柵極的觸點19可以被形成在層18上。漏極或觸點16以及源極或觸點16可以被看作歐姆觸點。柵極或觸點19可以被看作肖特基觸點。

本壓力傳感器可以包括采用若干GaN?HEMT構造的電子電路。在圖2a和2b中的示圖中示出了這樣的壓力傳感器的一個示例。在圖2b和3的傳感器中的晶體管41、42、43、44和45的結構和組成可以與圖1中的晶體管11的結構和組成相似。如圖2a的示意圖中所示，可以采用若干GaN?HEMT來構造電子電路。

圖2a是組成本壓力傳感器的基礎的電路21的示意圖。晶體管43(M3)可以具有用于連接到端子22處的電壓(V_D)的源極。另一個晶體管44(M4)可以具有連接到端子22的源極。晶體管43和44的柵極可以被連接在一起，并且連接到晶體管43的漏極。晶體管43的漏極可以被連接到晶體管41(M1)的源極。晶體管44的漏極可以被連接到晶體管42(M2)的源極。晶體管41和42的漏極可以被連接到連接部34，該連接部34被連接到晶體管45(Mb)的源極。晶體管45可以具有用于連接到地或參考電壓端子24的漏極。電流(Ib)可以從晶體管41和42的漏極經由連接部34流動到晶體管45并且通過晶體管45流動到端子24。可以在連接部34處指示電壓(V)。電流(I_out)和電壓(V_out)輸出可以是在端子31處。端子31可以被連接到晶體管44的漏極和晶體管42的源極。晶體管41的柵極可以用于連接到端子32處的第一電壓(V1)。晶體管42的柵極可以用于連接到端子33處的第二電壓(V2)。晶體管45的柵極可以用于連接到端子35處的電壓(Vb)。