一种电桥式GaN压力传感器制备方法及器件技术

技术编号:18621861 阅读:45 留言:0更新日期:2018-08-08 01:02
本发明专利技术适用于半导体技术领域,提供了一种电桥式GaN压力传感器制备方法及器件,包括在第一衬底的第一表面形成GaN外延层;GaN外延层包括GaN缓冲层和势垒层;在GaN外延层上形成压力敏感单元;压力敏感单元为四个首尾相连的GaN HEMT器件组成的惠斯顿电桥电路;在第一衬底的第二表面形成凹槽;凹槽在GaN外延层上对应区域覆盖GaNH EMT器件;将形成凹槽后的第一衬底与第二衬底贴合形成密封腔体;第一表面和第二表面为相对的两个表面。本发明专利技术通过在密封腔体凹槽对应区域内制备由四个首尾相连的GaN HEMT器件组成的惠斯顿电桥电路作为压力敏感单元,控制GaN HEMT器件栅电极电压,使GaN HEMT器件在灵敏度最高的亚阈值区工作,从而提高压力传感器灵敏度。

Preparation method and device of bridge type GaN pressure sensor

The invention is suitable for the field of semiconductor technology, providing an electric bridge type GaN pressure sensor preparation method and device, including the formation of GaN epitaxial layer on the first surface of the first substrate; the GaN epitaxial layer includes the GaN buffer layer and the barrier layer; the pressure sensitive unit is formed on the GaN epitaxial layer; the pressure sensitive unit is four first and the end connected Ga. The N HEMT device consists of the wheatton bridge circuit; a groove is formed on the second surface of the first substrate; the groove covers the GaNH EMT device in the corresponding region on the GaN epitaxial layer; the first substrate after the formation of the groove is fitted with the second substrate to form a sealed cavity; the first surface and the second surface are relative two surfaces. By preparing a wheatton bridge circuit composed of four GaN HEMT devices connected by the first and the rear, the invention controls the grid electrode voltage of the GaN HEMT device, so that the GaN HEMT device works in the subthreshold region with the highest sensitivity, and improves the sensitivity of the pressure sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种电桥式GaN压力传感器制备方法及器件
本专利技术属于半导体
,尤其涉及一种电桥式GaN压力传感器制备方法及器件。
技术介绍
目前,半导体压力传感器主要是基于Si材料,通过硅扩散电阻的压阻效应实现。然而,扩散工艺温度稳定性很差,并且高温下扩散电阻和衬底的隔离PN结会出现衰退,甚至发生穿通,进而彻底损坏失效。由于Si材料的特性,基于Si材料的压力传感器只能工作于低于120℃的环境下。GaN材料禁带宽度为3.4eV,为Si材料的3倍,宽的禁带决定了材料具有良好的高温特性,已有报道证实GaN材料器件极限工作温度可达600℃,InAlN材料器件甚至可以在1000℃环境下工作,这是硅基材料远无法企及的。另外,GaN具有的高电子浓度,高电子迁移率,强抗辐照能力等诸多优点,使其可以工作于极端复杂的环境。当GaN器件表面受到外部压力时,晶格形变会改变缓冲层和势垒层之间的应力,由极化产生的沟道二维电子气浓度,以及迁移率都会发生相应改变,进而表现为器件两端电阻发生变化。然而,不同于Si材料器件的压阻特性,GaN材料器件的压电特性是平面内各向同性的,即随着压力的变化,沟道电阻会同时增大或者减小,沟道电阻变化的速率及大小则取决于GaN材料器件所受到的外部应力。器件的电阻特性不便于直接测量,一般需要转化为电压特性,而惠斯顿电桥就是可以实现电阻特性转换为电压特性的电路。惠斯顿电桥由四个首尾相接形成闭环结构的电阻构成。惠斯顿电桥工作时,对角电极作为输入端,另一对电极作为输出端。初始状态下,四个电极阻值相等,电桥处于平衡状态,输出电压为0;当外界条件使得电阻值发生改变,电桥失去平衡,输出电压发生改变,即实现了外界信号向电压信号的转化。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术实施例提供了一种电桥式GaN压力传感器制备方法及器件,以提高现有技术中GaN压力传感器灵敏度。本专利技术实施例的第一方面提供了一种电桥式GaN压力传感器制备方法,包括:在第一衬底的第一表面形成GaN外延层;其中,所述GaN外延层包括GaN缓冲层和势垒层;在所述GaN外延层上形成压力敏感单元;其中,所述压力敏感单元为四个首尾相连的GaNHEMT器件组成的惠斯顿电桥电路;在所述第一衬底的第二表面形成凹槽;其中,所述凹槽在所述GaN外延层上对应区域覆盖所述GaNHEMT器件;将形成所述凹槽后的第一衬底与第二衬底贴合形成密封腔体;其中,所述第一表面和第二表面为相对的两个表面。可选的,所述在第一衬底上形成GaN外延层,包括:通过金属有机物化学气相外延或分子束外延工艺在所述第一衬底的第一表面形成GaN缓冲层;通过金属有机物化学气相外延或分子束外延工艺在所述GaN缓冲层上表面形成势垒层。可选的,所述GaN缓冲层厚度为2μm,所述势垒层厚度为10~20nm;其中,所述势垒层包括InAlGaN层、AlGaN层、InGaN层、InAlN层、AlN层和InN层中的一种或两种以上的组合。可选的,所述在所述GaN外延层上形成压力敏感单元,包括:通过光刻和刻蚀工艺在所述缓冲层和势垒层上形成GaNHEMT器件区域;通过刻蚀或离子注入工艺对所述GaNHEMT器件区域进行有源区隔离;其中,所述有源区包括源漏电极区和介于源漏电极区之间的栅电极区;通过光刻、金属蒸发和退火工艺在所述源漏电极区形成源漏电极;通过光刻和金属蒸发工艺在所述栅电极区形成栅电极;通过光刻和金属蒸发工艺形成金属导线;所述金属导线将所述GaNHEMT器件首尾相连形成所述惠斯顿电桥电路。可选的,所述源漏电极为包括Ti/Al/Ni/Au、Si/Ti/Al/Ni/Au或Ti/Al/Pt/Au的金属叠层结构;所述栅电极为包括Ti/Pt/Au、Ni/Pt/Au、Ni/Au或Pt/Au的金属叠层结构。可选的,所述在所述第一衬底的第二表面形成凹槽,包括:通过光刻工艺在所述第一衬底与非凹槽区对应的部分的第二表面覆盖光刻胶层;其中,所述非凹槽区为所述第一衬底中除凹槽区以外的区域;通过刻蚀工艺刻蚀所述第一衬底与所述凹槽区对应的部分,形成凹槽;去除所述光刻胶层。可选的,所述将形成所述凹槽后的第一衬底与第二衬底贴合形成密封腔体,包括:对形成所述凹槽后的第一衬底的第二表面和第二衬底的第一表面进行抛光处理;在经过抛光处理后的所述第一衬底的第二表面和第二衬底的第一表面均匀覆盖键合介质;将经过键合介质覆盖后的所述第一衬底的第二表面和第二衬底的第一表面键合在一起,形成密封腔体。可选的,所述键合工艺的压强为0.1kPa,键合温度为200℃-400℃,键合时间为1小时-4小时。本专利技术实施例的第二方面提供了一种电桥式GaN压力传感器,包括密封腔体,所述密封腔体上表面由下向上依次设有GaN缓冲层和势垒层;所述势垒层上设有压力敏感单元;所述压力敏感单元为四个首尾相连的GaNHEMT器件组成的惠斯顿电桥电路;所述密封腔体包括带有凹槽的第一衬底和第二衬底。可选的,所述GaNHEMT器件设置在所述凹槽对应的区域内;相邻的两个所述GaNHEMT器件的栅电极相互连接,另两个相邻的GaNHEMT器件的栅电极相互连接。本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是:本专利技术实施例通过在密封腔体凹槽对应区域内制备由四个首尾相连的GaNHEMT器件组成的惠斯顿电桥电路作为压力敏感单元,控制GaNHEMT器件栅电极电压,使GaNHEMT器件在灵敏度最高的亚阈值区工作,从而提高压力传感器灵敏度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例一提供的电桥式GaN压力传感器的制备方法的实现流程示意图;图2是本专利技术实施例一提供的电桥式GaN压力传感器的制备方法的流程结构剖视图;图3是本专利技术实施例二提供的电桥式GaN压力传感器的结构剖视图;图4是本专利技术实施例二提供的电桥式GaN压力传感器的结构俯视图。具体实施方式以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本专利技术实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。为了说明本专利技术所述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。实施例一请参考图1,电桥式GaN压力传感器的制备方法,包括:步骤S101,在第一衬底的第一表面形成GaN外延层;其中,所述GaN外延层包括GaN缓冲层和势垒层。在本专利技术实施例中,请参考图2(1),在第一衬底201的第一表面制备GaN外延层,GaN外延层包括GaN缓冲层202和势垒层203,GaN缓冲层202厚度为2μm,势垒层203厚度为10~20nm,势垒层203包括但不限于不同组分浓度的InAlGaN层、AlGaN层、InGaN层、InAlN层、AlN层和InN层中的一种或两种以上的组合。GaN缓冲层202能够缓冲势垒层203和第一衬底201由于晶格失配导致的应力。第一衬底201为半导体领域中常见的衬底,包括但不限于SiC衬底、Si本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种电桥式GaN压力传感器制备方法,其特征在于,包括:在第一衬底的第一表面形成GaN外延层;其中,所述GaN外延层包括GaN缓冲层和势垒层;在所述GaN外延层上形成压力敏感单元;其中,所述压力敏感单元为四个首尾相连的GaN HEMT器件组成的惠斯顿电桥电路;在所述第一衬底的第二表面形成凹槽;其中,所述凹槽在所述GaN外延层上对应区域覆盖所述GaN HEMT器件;将形成所述凹槽后的第一衬底与第二衬底贴合形成密封腔体;其中,所述第一表面和第二表面为相对的两个表面。

【技术特征摘要】
1.一种电桥式GaN压力传感器制备方法,其特征在于,包括:在第一衬底的第一表面形成GaN外延层;其中,所述GaN外延层包括GaN缓冲层和势垒层;在所述GaN外延层上形成压力敏感单元;其中,所述压力敏感单元为四个首尾相连的GaNHEMT器件组成的惠斯顿电桥电路;在所述第一衬底的第二表面形成凹槽;其中,所述凹槽在所述GaN外延层上对应区域覆盖所述GaNHEMT器件;将形成所述凹槽后的第一衬底与第二衬底贴合形成密封腔体;其中,所述第一表面和第二表面为相对的两个表面。2.如权利要求1所述的压力传感器制备方法,其特征在于,所述在第一衬底的第一表面形成GaN外延层,包括:通过金属有机物化学气相外延或分子束外延工艺在所述第一衬底的第一表面形成GaN缓冲层;通过金属有机物化学气相外延或分子束外延工艺在所述GaN缓冲层上表面形成势垒层。3.如权利要求2所述的压力传感器制备方法,其特征在于,所述GaN缓冲层厚度为2μm,所述势垒层厚度为10~20nm;其中,所述势垒层包括InAlGaN层、AlGaN层、InGaN层、InAlN层、AlN层和InN层中的一种或两种以上的组合。4.如权利要求1所述的压力传感器制备方法,其特征在于,所述在所述GaN外延层上形成压力敏感单元,包括:通过光刻和刻蚀工艺在所述缓冲层和势垒层上形成GaNHEMT器件区域;通过刻蚀或离子注入工艺对所述GaNHEMT器件区域进行有源区隔离;其中,所述有源区包括源漏电极区和介于源漏电极区之间的栅电极区;通过光刻、金属蒸发和退火工艺在所述源漏电极区形成源漏电极;通过光刻和金属蒸发工艺在所述栅电极区形成栅电极;通过光刻和金属蒸发工艺形成金属导线;所述金属导线将所述GaNHEMT器件首尾相连形成所述惠斯顿电桥电路。5.如权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员:谭鑫吕元杰周幸叶宋旭波王元刚冯志红徐森锋马春雷
申请(专利权)人:中国电子科技集团公司第十三研究所
类型:发明
国别省市:河北,13

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