[發(fā)明專(zhuān)利]一種壓力傳感器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811366144.3
• 申請(qǐng)日: 2018-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109282924B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃曉東;曹遠(yuǎn)志;黃見(jiàn)秋;黃慶安
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01L1/16
• 分類(lèi)號(hào): G01L1/16;G01L9/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體壓力傳感器，半導(dǎo)體壓力傳感器呈頂柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體壓力傳感器包括設(shè)置在第二襯底上表面的頂柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，頂柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括設(shè)置在第二襯底上表面的源極/漏極、覆蓋源極/漏極的半導(dǎo)體層、覆蓋半導(dǎo)體層的柵極絕緣層，形成在柵極絕緣層上的柵極，柵極為壓電層；正對(duì)頂柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管設(shè)置在所述第二襯底下表面的凹槽，源極/漏極對(duì)稱(chēng)設(shè)置在所述凹槽的兩側(cè)，柵極的外側(cè)端部邊緣覆蓋源極/漏極的內(nèi)側(cè)的端部邊緣或者與源極/漏極的內(nèi)側(cè)的端部邊緣相對(duì)齊。本發(fā)明的半導(dǎo)體壓力傳感器通過(guò)壓電效應(yīng)產(chǎn)生的壓電電荷為晶體管的柵極提供偏置，無(wú)需外加?xùn)艍壕湍芄ぷ鳎哂械凸摹⒏哽`敏度的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種壓力傳感器，尤其涉及一種具有低功耗、高靈敏度的半導(dǎo)體壓力傳感器。

背景技術(shù)

壓力傳感器作為傳感器的一個(gè)重要類(lèi)型，長(zhǎng)期占據(jù)著傳感器市場(chǎng)的主要份額，它在航空、航天、汽車(chē)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們所接觸到的其他領(lǐng)域中都得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體壓力傳感器是壓力傳感器的一種重要類(lèi)型，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制備成本低以及易于接口電路集成等優(yōu)點(diǎn)。該類(lèi)型傳感器主要利用半導(dǎo)體材料的物理特性將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，它主要包括有源和無(wú)源兩種類(lèi)型。相比于前者，有源傳感器兼具信號(hào)轉(zhuǎn)換和放大的功能并具有輸出電學(xué)參數(shù)靈活多樣的優(yōu)點(diǎn)，因此是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。一個(gè)典型的半導(dǎo)體壓力傳感器呈場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，在外界壓力作用下，晶體管的載流子遷移率發(fā)生變化，進(jìn)而引起晶體管的輸出電流等電學(xué)特性發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境壓力的測(cè)量。對(duì)于現(xiàn)有的基于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體壓力傳感器，需要在外加?xùn)艍旱臈l件下才能工作，因此存在著傳感器功耗偏高的問(wèn)題。此外，該類(lèi)型傳感器的靈敏度也有待于進(jìn)一步提升，以滿(mǎn)足技術(shù)發(fā)展的需求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體壓力傳感器，所述半導(dǎo)體壓力傳感器呈頂柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體壓力傳感器包括設(shè)置在第二襯底上表面的頂柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述頂柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括設(shè)置在所述第二襯底上表面的源極/漏極、覆蓋所述源極/漏極的半導(dǎo)體層、覆蓋所述半導(dǎo)體層的柵極絕緣層，形成在所述柵極絕緣層上的柵極，所述柵極為壓電層；正對(duì)所述頂柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管設(shè)置在所述第二襯底下表面的凹槽，所述源極/漏極對(duì)稱(chēng)設(shè)置在所述凹槽的兩側(cè)，所述柵極的外側(cè)端部邊緣覆蓋所述源極/漏極的內(nèi)側(cè)的端部邊緣或者與所述源極/漏極的內(nèi)側(cè)的端部邊緣相對(duì)齊。

優(yōu)選地，還包括第一襯底，所述第一襯底密封所述凹槽。

優(yōu)選地，所述柵極的外側(cè)端部邊緣與所述源極/漏極的內(nèi)側(cè)端部的邊緣重疊區(qū)域的長(zhǎng)度為5μm-50μm。

優(yōu)選地，第一襯底和第二襯底為剛性的絕緣襯底；和/或所述半導(dǎo)體層為多晶硅、單晶硅、非晶硅、氧化鋅、銦鎵鋅氧化物、酞菁銅或并五苯。

優(yōu)選地，所述壓電層為石英、鋯鈦酸鉛、氧化鋅、氮化鋁或聚偏氟乙烯。

優(yōu)選地，所述柵極絕緣層包括氮化硅。

本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體壓力傳感器的制備方法，所述制備方法包括：

在第二襯底的上表面上制備頂柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管；其中，所述頂柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括設(shè)置在所述第二襯底上表面的源極/漏極、覆蓋所述源極/漏極的半導(dǎo)體層、覆蓋所述半導(dǎo)體層的柵極絕緣層，形成在所述柵極絕緣層上的柵極，所述柵極為壓電層；

刻蝕所述第二襯底的下表面，以形成凹槽，所述凹槽正對(duì)所述頂柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管；其中，所述源極/漏極對(duì)稱(chēng)設(shè)置在所述凹槽的兩側(cè)，所述柵極的外側(cè)端部邊緣覆蓋所述源極/漏極的內(nèi)側(cè)的端部邊緣或者與所述源極/漏極的內(nèi)側(cè)的端部邊緣相對(duì)齊。

優(yōu)選地，還包括采用第一襯底密封所述凹槽的步驟。

優(yōu)選地，所述柵極的外側(cè)端部邊緣與所述源極/漏極的內(nèi)側(cè)端部的邊緣重疊區(qū)域的長(zhǎng)度為5μm-50μm。

優(yōu)選地，所述壓電層為石英、鋯鈦酸鉛、氧化鋅、氮化鋁或聚偏氟乙烯。