压力传感器及β型PVDF薄膜的高压极化设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种压力传感器及β型PVDF薄膜的高压极化设备。所述压力传感器中，在SiC衬底层上生长的外延层，包含GaN沟道层及该GAN沟道层上的AlGaN帽层，所述AlGaN帽层与GAN沟道层之间形成2DEG沟道；在所述AlGaN帽层上分别形成有源极、漏极；在所述AlGaN帽层的栅极位置上设置有经过高压极化的β型PVDF薄膜。本实用新型专利技术充分结合PVDF和HEMT的特点，制成的新型异质结压力传感器，可以有效提高感应灵敏度。本实用新型专利技术所述β型PVDF薄膜的高压极化设备，实现对PVDF薄膜样品的高压极化，提高了β型PVDF份额。

High voltage polarization device for pressure sensor and beta type PVDF film

The utility model relates to a high-pressure polarization device for a pressure sensor and a beta type PVDF film. The pressure sensor in the epitaxial layer grown on SiC substrate layer, AlGaN cap layer contains GaN channel layer and the GAN channel layer, forming a 2DEG channel between the AlGaN cap layer and GAN channel layer; in the AlGaN cap layer are formed on the source and drain; the gate location of the AlGaN cap layer is arranged on the through beta type PVDF film polarization voltage. The novel heterojunction pressure sensor manufactured by the utility model which combines the characteristics of the PVDF and the HEMT and can effectively improve the induction sensitivity. The high voltage polarization device of the beta type PVDF film of the utility model realizes high voltage polarization of the PVDF film sample, and improves the beta type PVDF share.

【技术实现步骤摘要】
压力传感器及β型PVDF薄膜的高压极化设备
本技术属于微电子
，具体涉及一种压力传感器及β型PVDF薄膜的高压极化设备。
技术介绍
伴随着物联网技术的飞速发展，可穿戴智能医疗设备的兴起，市场的需求带动着技术的飞速发展。市场对压力传感器提出了新的要求，把更高灵敏度、更小体积、更强环境适应能力，作为传感器领域更为苛刻的标准。传统的压力传感器以机械式压力传感器为主，后来伴随着MEMS技术和半导体技术的发展，以硅为基础的电容式、电阻式半导体压力传感器，对传感器的发展产生了极大的推动作用。极化材料在敏感型压力传感器中有着广泛的应用，如钛酸钡BT，压电陶瓷（锆钛酸铅）PZT，聚偏氟乙烯PVDF等。自从PVDF诞生以来，以良好的柔韧性、低密度、低阻抗而闻名。由于它用途广泛，PVDF在低成本，可重复性压力传感器方面有着广泛应用。最近，由自发极化和压电极化效应产生高载流子浓度的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT），在化学和生物传感器领域展现出了巨大的应用潜力，不像传统的场效应管，这种器件并无刻意的掺杂。在HEMT器件中电子被限制在位于AlGaN/GaN两层之间的2DEG（二维电子气）沟道之中，在HEMT的表面2DEG诱导产生了大量正电荷。HEMT表面外力轻微的改变就可以影响到HEMT表面电荷的改变，进而对沟道中的二维电子气产生影响。基于氮化HEMT和PVDF的以上特点，把它们结合起来形成更高灵敏度、更加微型的压力传感器成为了值得探讨的研究课题。
技术实现思路
本技术充分结合PVDF和现代HEMT器件的结构特点，提出一种能够提高感应灵敏度的新型异质结压力传感器。本技术还提供一种β型PVDF薄膜的高压极化设备。为了达到上述目的，本技术的一个技术方案是提供一种压力传感器，其中：所述压力传感器设有SiC衬底层；所述衬底层上设置有外延层，所述外延层包含GaN沟道层及该GAN沟道层上的AlGaN帽层，所述AlGaN帽层与GAN沟道层之间形成2DEG沟道；在所述AlGaN帽层上分别设置有源极、漏极的接触电极；在所述AlGaN帽层的栅极位置上设置有β型PVDF薄膜。优选地，所述β型PVDF薄膜的第一表面带正电荷，与第一表面相对的第二表面带负电荷，其中该第一表面紧贴于所述Al0.25Ga0.75N帽层的上表面；或者，所述β型PVDF薄膜的第一表面带正电荷，与第一表面相对的第二表面带负电荷，其中该第二表面紧贴于所述Al0.25Ga0.75N帽层的上表面。优选地，所述AlGaN帽层，是在未掺杂GaN沟道层上设置的未掺杂Al0.25Ga0.75N帽层。优选地，所述GaN沟道层的厚度为2μm；所述Al0.25Ga0.75N帽层的厚度为250nm；所述栅极位置尺寸为10×50μm²；所述栅极位置处的β型PVDF薄膜，在不受力时的厚度为2μm。本技术的另一个技术方案是提供一种β型PVDF薄膜的高压极化设备，其中包含：接地设置的铜制基板，对β型PVDF薄膜样品进行承载；盛放全氟三丁胺溶液的容器，使放置β型PVDF薄膜样品的铜制基板浸没于溶液中；一铜线，悬在β型PVDF薄膜样品上方，该铜线与电压10kV的直流电源连接。优选地，所述高压极化设备进一步包含温度控制器，其连接容器，使所述全氟三丁胺溶液的温度为70℃。优选地，所述铜线的直径为0.2mm。优选地，所述铜线悬在所述β型PVDF薄膜的样品的上方1cm处。综上所述，本技术充分结合PVDF和HEMT的结构特点，制成的新型异质结压力传感器，可以有效提高感应灵敏度。本技术还实现了对PVDF薄膜样品的高压极化，以提高β型PVDF的份额。附图说明图1、图2是本技术中结合PVDF薄膜制成的异质结压力传感器的两种实施结构的原理示意图；图3是本技术中对PVDF样品进行高压极化的设备结构示意图。具体实施方式如图1、图2所示，本技术提供一种新型异质结压力传感器，设有碳化硅SiC的衬底层；衬底层上形成的外延层包含GaN沟道层及该GAN沟道层上的AlGaN帽层，所述AlGaN帽层与GAN沟道层之间形成2DEG沟道；在所述AlGaN帽层上分别形成源极、漏极；在所述AlGaN帽层的栅极位置上形成β型PVDF薄膜。β型PVDF材料具有良好的极化特性。极化材料包含着很多小偶极单元，正电荷在材料的一边，负电荷在材料的另外一边与正电荷所在表面方向相对。在外界压力作用下，压电样品的尺寸和偶极子单元的尺寸都会有所降低。因此材料单位单元中所有电偶极矩会相对降低。材料电偶极距的变化改变了材料两端的电荷密度，本技术即利用了这些特性。本技术所述的β型PVDF薄膜具有两个相对的表面，第一表面带正电荷，第二表面带负电荷。在图1所示的第一实施例中，PVDF薄膜的第一表面为底面，第二表面为顶面；在将PVDF薄膜置于AlGaN帽层之上时，PVDF薄膜的第一表面（带正电荷）紧贴着AlGaN帽层的上表面，第二表面远离AlGaN帽层。该第一实施例中，一旦PVDF薄膜受到外界压力，该PVDF表面上的纯负电荷就会降低，进而使得AlGaN帽层上表面的正电荷降低，二维电子气相应减小。因此，本例中栅极与漏极之间的电流Ids将随PVDF薄膜受到的压力增大而增大。在图2所示的第二实施例中，极化方式对调，PVDF薄膜的第一表面为顶面，第二表面为底面；在将该PVDF薄膜置于AlGaN帽层之上时，PVDF薄膜的第二表面（带负电荷）紧贴着AlGaN帽层的上表面，第一表面远离AlGaN帽层。因而，该第二实施例中，AlGaN帽层上表面的正电荷会升高，漏极电流会相对增加。即，本例中栅极与漏极之间的电流Ids将随PVDF薄膜受到的压力增大而减小。本技术所述压力传感器的制作方法，包含以下过程：S1、在SiC衬底上，通过分子束外延技术生长外延层，包含：在SiC衬底上生长出厚度2μm的未掺杂的GaN沟道层；以及，在GaN沟道层上生长出厚度250nm的未掺杂Al0.25Ga0.75N帽层。S2、在Al0.25Ga0.75N帽层上设置源极、漏极；其中，通过台面隔离在氩气Ar中利用ICP（电感耦合等离子体）技术，在源极和漏极的设计位置进行刻蚀，功率300W，频率2MHz，-90V自偏压，压强5mTorr（毫托）；利用E_beamdeposited（电子束沉积）技术，在850℃，流动的氮气N2中经过50s，在前述刻蚀位置沉淀Ti/Al/Pt/Au中的一种金属或多种金属的合金，获得5×10-6Ωcm2的接触电阻，形成标准的欧姆接触发射极，分别构成源极和漏极。S3、将β型PVDF薄膜设置到Al0.25Ga0.75N帽层的栅极位置上；其中，使用正极性光刻胶作为掩膜，经光刻工艺确定栅极位置的尺寸为10×50μm²；在栅极位置形成β型PVDF材料的涂层，通过微绘图仪在栅极位置制作未极化厚度为2μm的PVDF薄膜。其中，β型PVDF薄膜的制备过程包含：将10wt％的PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）与PVDF粉末原料的混合加入N,N-二甲基乙酰胺中形成溶液。利用PMMA与PVDF结晶温度的不同（PMMA结晶温度114℃，PVDF结晶温度-38℃），制备出β型PVDF薄膜。注：由PVDF溶液直接合成的PVDF薄膜为α型PVDF。α型PVDF既不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器，其特征在于，所述压力传感器设有SiC衬底层；所述衬底层上设置有外延层，所述外延层包含GaN沟道层及该GaN沟道层上的AlGaN帽层，所述AlGaN帽层与GAN沟道层之间形成2DEG沟道；在所述AlGaN帽层上分别设置有源极、漏极的接触电极；在所述AlGaN帽层的栅极位置上设置有β型PVDF薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种压力传感器，其特征在于，所述压力传感器设有SiC衬底层；所述衬底层上设置有外延层，所述外延层包含GaN沟道层及该GaN沟道层上的AlGaN帽层，所述AlGaN帽层与GAN沟道层之间形成2DEG沟道；在所述AlGaN帽层上分别设置有源极、漏极的接触电极；在所述AlGaN帽层的栅极位置上设置有β型PVDF薄膜。2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述β型PVDF薄膜的第一表面带正电荷，与第一表面相对的第二表面带负电荷，其中该第一表面紧贴于所述Al0.25Ga0.75N帽层的上表面；或者，所述β型PVDF薄膜的第一表面带正电荷，与第一表面相对的第二表面带负电荷，其中该第二表面紧贴于所述Al0.25Ga0.75N帽层的上表面。3.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述AlGaN帽层，是在未掺杂GaN沟道层上设置的未掺杂Al0.25Ga0.75N帽层。4.如权利要求3所述的压力传感器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈帅，倪文海，徐文华，
申请(专利权)人：杭州迦美信芯通讯技术有限公司，上海迦美信芯通讯技术有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33