[發明專利]一種6H-SiC高溫壓力傳感器的芯片

有效

• 申請號: 201310316877.7
• 申請日: 2013-07-25
• 公開（公告）號: CN103398806A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 唐飛;王曉浩;馬希民;嚴子林
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L9/06
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明設計涉及MEMS傳感器的芯片結構，尤其涉及一種采用6H-SiC材料制作，用于高溫壓力測量的芯片結構，屬于傳感器結構設計技術領域。

背景技術

SiC相比于傳統的硅材料，在高溫下有著更穩定的物理化學性質，是非常有希望應用于高溫惡劣條件下的半導體材料。國內外的一些研究成果表明，SiC材料，特別是6H-SiC材料制作的電子器件不需要冷卻就能夠直接工作在600℃的環境中。在目前已有的利用SiC材料制作的高溫器件中，壓阻式高溫壓力傳感器由于其結構簡單，應用范圍較廣得到了廣泛的研究。而在設計6H-SiC高溫壓力傳感器芯片的過程中，必須根據壓阻式壓力傳感器的特點和6H-SiC自身的材料特性進行結構設計，包括如下幾點：

一、需要特定的結構敏感外界壓力的變化。

二、敏感壓阻要根據6H-SiC壓阻系數各向同性的特性進行布置。

三、隨著溫度的升高，6H-SiC的應變系數會發生變化，且應變系數在徑向和切向隨溫度變化的趨勢是不同的。

只有根據如上所述的要點進行6H-SiC高溫壓力傳感器芯片的結構設計，才能最大程度的利用敏感壓阻的壓敏特性，提高器件的靈敏度，保證器件在高溫環境下工作的性能。

發明內容

本發明的目的是提出一種6H-SiC高溫壓力傳感器芯片的結構，在保證6H-SiC壓力傳感器在高溫下穩定工作的基礎上，最大程度的利用敏感壓阻的壓敏特性，提高器件在高溫下的靈敏度。

本發明的技術方案如下：

一種6H-SiC高溫壓力傳感器的芯片，該芯片結構包括敏感圓膜和形成電橋電路所需要的四個敏感壓阻：第一長壓阻、第二長壓阻、第三長壓阻和第四長壓阻；上述四個長壓阻都是在經過摻雜的6H-SiC外延層刻蝕得到的，而濺射后圖形化形成的電路將這四個長壓阻連接起來，形成完整的電橋電路，其特征在于：所述的第一長壓阻和第二長壓阻布置在敏感圓膜中心位置，兩者相互平行，且沿徑向兩邊對齊；第三長壓阻和第四長壓阻沿徑向布置在敏感圓膜邊緣位置，且關于第一長壓阻和第二長壓阻對稱布置，并與第一長壓阻和第二長壓阻在同一直線上。

上述6H-SiC高溫壓力傳感器芯片的特征在于：第三長壓阻是由第一短壓阻和第二短壓阻通過金屬條一串聯形成的，兩者長度相等，相互平行，兩邊對齊；第四長壓阻由第三短壓阻和第四短壓阻通過金屬條二串聯形成，兩者長度相等，相互平行，兩邊對齊。

上述6H-SiC高溫壓力傳感器芯片的特征在于：第一短壓阻、第三短壓阻與第一長壓阻在同一條直線上；第二短壓阻、第四短壓阻與第二長壓阻在同一條直線上。

本發明具有以下優點及突出性效果：一、敏感圓膜受力分布均勻、應力集中較少，因而工作上限更高；二、由于6H-SiC的壓阻系數各向同性，因此布置在敏感圓膜中心位置和邊緣位置的敏感壓阻可以獲得最大的壓阻效應，同時敏感圓膜中心位置與邊緣位置受到的應力方向相反，上述結構可以保證電橋電路的差分輸出，進一步提高了6H-SiC高溫壓力傳感器芯片的靈敏度；三、高溫環境下6H-SiC晶片的切向應變系數相比于徑向下降更快，因此徑向布置的敏感壓阻有利于提高芯片在高溫下工作的靈敏度，也保證了6H-SiC壓力傳感器在高溫下工作的穩定性。

附圖說明

圖1是本發明提供的6H-SiC高溫壓力傳感器的芯片結構原理示意圖。

圖2是布置在圓膜邊緣處的長壓阻結構示意圖。

圖3是布置在圓膜中心處的長壓阻結構示意圖。

圖中：1-第一長壓阻；2-第二長壓阻；3-金屬條一；4-第一短壓阻；5-第二短壓阻；6-金屬條二；7-第三短壓阻；8-第四短壓阻；9-敏感圓膜；10-第三長壓阻；11-第四長壓阻。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明的結構、原理和工作過程做進一步說明。