[發明專利]GaN高溫壓力傳感器

有效

• 申請號: 201811494579.6
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109682510B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 宋旭波;呂元杰;譚鑫;韓婷婷;周幸葉;馮志紅
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十三研究所
• 主分類號: G01L1/20
• 分類號: G01L1/20;G01L9/02
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 高欣

本發明提供了一種GaN高溫壓力傳感器，包括硅襯底和硅基座，硅襯底上設有GaN外延層，GaN外延層上設有壓阻器件和引腳，硅襯底的下表面且對應壓阻器件正下方設有減薄凹槽，減薄凹槽對應的區域為壓力檢測區，壓阻器件位于壓力檢測區，引腳在壓力檢測區之外；硅基座下表面設有第一刻蝕凹槽，第一刻蝕凹槽的槽底設有第二刻蝕凹槽和通孔；硅基座與硅襯底通過玻璃漿料燒結密封連接，壓阻器件位于第二刻蝕凹槽內，引腳位于第二刻蝕凹槽之外，通孔內填充用于將引腳引出的金屬。本發明提供的GaN高溫壓力傳感器，具有較強的壓電極化效應，具備在高溫、輻照環境下工作的能力，在硅襯底上外延GaN，可以制備較大的晶圓，且加工工藝比碳化硅材料容易。

技術領域

本發明屬于壓力傳感器技術領域，更具體地說，是涉及一種GaN高溫壓力傳感器。

背景技術

半導體材料壓力傳感器具有體積小、一致性高、響應度大等優勢，然而常規的Si基壓力傳感器一般只能工作到125℃。高溫下壓阻元件間的PN結隔離失去作用，導致壓力傳感器失效。更高溫度應用領域迫切需要高性能的壓力傳感器。SOI結構的壓力傳感器、SiC材料的壓力傳感器結合耐高溫的封裝、保護工藝是目前高溫壓力傳感器的主要技術方案。目前，利用SiC的耐高溫特性，壓力傳感器工作溫度可以提高到600℃，最高可以達到1000℃。

然而，Si是一種窄禁帶的半導體材料，其耐高溫性能不如寬禁帶半導體材料；寬禁帶SiC壓力傳感器發展則受限于刻蝕、摻雜等工藝，難度較大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種GaN高溫壓力傳感器，以解決現有技術中存在的制作難度大的技術問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：提供一種GaN高溫壓力傳感器，包括：硅襯底，其上表面設有凸臺，所述凸臺上設有GaN外延層，所述GaN外延層上設有壓阻器件和引腳，所述壓阻器件位于所述GaN外延層的中間，所述引腳位于所述GaN外延層的邊緣，所述硅襯底的下表面且對應所述壓阻器件正下方設有減薄凹槽，所述減薄凹槽對應的區域為壓力檢測區，所述壓阻器件位于所述壓力檢測區，所述引腳在所述壓力檢測區之外，所述凸臺四周的平面為第一連接面；

硅基座，下表面設有第一刻蝕凹槽，所述第一刻蝕凹槽的槽底設有用于密封所述壓阻器件的第二刻蝕凹槽和用于引出所述引腳的貫穿所述硅基座的通孔，所述第一刻蝕凹槽四周的平面為第二連接面；

所述硅基座的所述第二連接面與所述硅襯底的所述第一連接面通過玻璃漿料燒結實現密封連接，所述凸臺位于所述第一刻蝕凹槽內，所述壓阻器件位于所述第二刻蝕凹槽內，所述引腳位于所述第二刻蝕凹槽之外，所述第一刻蝕凹槽的槽底與所述GaN外延層相貼，所述通孔內填充用于將所述引腳引出的金屬。

進一步地，所述金屬引出并外延到所述硅基座的上表面。

進一步地，所述金屬為Cu、Al、Au、Ti、Pt或Ni中的任一種。

進一步地，所述GaN外延層異質結為AlGaN/GaN、或InAlN/GaN、或AlN/GaN。

進一步地，所述GaN外延層上設有至少一個壓阻器件和至少兩個引腳，兩個所述引腳對稱分設于所述壓阻器件的兩側。

進一步地，所述壓阻器件為電阻、電容、二極管或三極管。

本發明提供的GaN高溫壓力傳感器的有益效果在于：與現有技術相比，GaN是一種寬禁帶半導體材料，且具有較強的壓電極化效應，具備在高溫、輻照環境下工作的能力，在硅襯底上外延GaN，可以制備較大的晶圓，且加工工藝比碳化硅材料容易。本發明提供的壓力傳感器通過硅硅連接形成傳感器的密閉腔體，能夠減小連接部位在高溫下膨脹系數的失配，同時，隔離壓阻器件與外部環境的接觸，能夠避免環境中的腐蝕性物質或粉塵等對壓阻器件的破壞，提高傳感器的性能。

本發明還提供一種GaN高溫壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟：