[發明專利]一種基于多層量子阱結構的深低溫溫度傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202111039736.6
• 申請日: 2021-09-06
• 公開（公告）號: CN113739949A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 王雪敏;蔣濤;湛治強;張繼成;楊奇;陳風偉;鄒蕊矯;吳衛東;李佳;彭麗萍
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01K7/16
• 分類號: G01K7/16
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 賈曉燕

本發明公開了一種基于多層量子阱結構的深低溫溫度傳感器及其制備方法，包括：由下至上依次設置的傳熱層，襯底層，帶有下電極的緩沖層，由多個量子阱周期組成的溫敏層，帶有上電極的接觸層；每個所述量子阱周期由多層不同厚度的Al_0.15Ga_0.85As和GaAs交替組成。本發明提供一種基于GaAs材料體系的多層量子阱結構，在深低溫環境下對電子在多層量子阱結構中的輸運過程進行精確控制，從而顯著提高本裝置在各個低溫區間的相對靈敏度；同時能夠依據不同低溫溫度區間的高精度溫度測量需要，對量子阱的多層結構進行靈活的生長裁剪，實現對不同低溫區間的高精度溫度測量。

技術領域

本發明涉及用于深低溫檢測半導體加工領域，具體為一種基于多層量子阱結構的深低溫溫度傳感器及其制備方法。

背景技術

低溫技術的應用非常廣泛，從人們的日常生活到工農業生產過程，從醫療技術到科學研宄，都離不開低溫技術。材料在低溫環境中的各種物理、化學特征變化對于超導研究、航空航天、生物醫學、新能源開發都非常重要。在低溫技術研究和開發應用中，低溫獲得和低溫測量是該領域的兩個重要方向。在低溫環境下，比如液氧(90.2K)、液氮(77K)、液氫(20.3K)、液氦(0.8K)，溫度是最基本的熱力學量，溫度的精密測量是分析系統性能和可靠性的重要指標。

目前，低溫溫度計的種類很多，主要包括二極管溫度計和電阻型溫度計，比如鉑電阻溫度計、鍺電阻溫度計、硅二極管溫度計等。鉑金屬容易加工而且物理化學性質穩定，是13.8-429.7K溫區的標準溫度計(國際ITS-90溫標)。但是，鉑電阻溫度計一般采用螺旋狀的鉑絲作為敏感元件，為無應力封裝技術，因此，傳感器尺寸較大、響應速度慢等問題。作為二級標準溫度測量的鍺電阻溫度計，具有較好的長期穩定性。但是，該溫度計也需要無應力封裝技術，具有磁電阻效應，不能應用于磁場環境。硅二極管溫度計互換性很好，但是測量精度有限，不適合于高精度測量。另外，以上幾種溫度傳感器受材料類型的限制，無法靈活適應于不同低溫溫度區間高精度溫度測量的需要，同時，溫度測量精度受限于材料類型本身的低溫特性，很難進一步提高。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種基于多層量子阱結構的深低溫溫度傳感器及其制備方法，包括：由下至上依次設置的傳熱層，襯底層，帶有下電極的緩沖層，由多個量子阱周期組成的溫敏層，帶有上電極的接觸層；每個所述量子阱周期由多層不同厚度的Al_0.15Ga_0.85As和GaAs交替組成。

優選的是，其中，所述傳熱層包括厚度為50nm～70nm的Ti/Au熱接觸層；所述Ti/Au熱接觸層上端連接所述襯底層，下端設置有厚度為2mm～5mm，純度大于99.9％的無氧銅熱沉。

優選的是，其中，所述襯底層具體為一種厚度為180μm～200μm的半絕緣GaAs襯底。

優選的是，其中，所述緩沖層具體為一種厚度為700nm，摻雜元素為Si，摻雜濃度為2.5×10¹⁸cm^-3的重摻雜層。

優選的是，其中，每個所述量子阱周期由八層不同厚度的Al_0.15Ga_0.85As和GaAs交替組成。

優選的是，其中，所述接觸層具體為一種厚度為70nm，摻雜元素為Si，摻雜濃度為5.0×10¹⁸cm^-3的重摻雜層。

優選的是，其中，所述下電極和上電極均為厚度為100nm的AU電極，且分別與緩沖層和接觸層之間設置有合金化歐姆接觸層7。

優選的是，其中，步驟一、采用固源分子束外延方法制備外延片；