SOI基GaN压力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术适用于压力传感器技术领域，提供了一种SOI基GaN压力传感器，包括Si衬底；SiO2氧化层，位于Si衬底的上表面；Si顶层，位于SiO2氧化层的上表面；GaN缓冲层，位于Si顶层的上表面；和压力敏感单元，位于GaN缓冲层的上表面；其中，Si衬底上与压力敏感单元对应的位置上设有腔体，腔体贯穿Si衬底的上表面和下表面。Si顶层上为GaN缓冲层，通过改变Si顶层的厚度即可实现不同压力量程的设计；SiO2氧化层具有刻蚀自终止特性，在进行Si衬底刻蚀制备腔体时，到SiO2氧化层会停止刻蚀，以此可以精准控制GaN缓冲层和Si顶层的厚度，提高压力传感器性能的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
SOI基GaN压力传感器及其制备方法
本专利技术属于压力传感器
，尤其涉及一种SOI基GaN压力传感器及其制备方法。
技术介绍
GaN材料具有电子浓度高、电子迁移率高、抗辐照能力强等诸多优点，基于GaN材料的压力传感器可以工作在极端复杂的环境。目前，GaN材料主要通过异质外延的方法获得，衬底材料主要有蓝宝石、SiC和Si。蓝宝石和SiC材料具有超高的化学稳定性，但其高昂的材料成本和微细加工成本都使得其还无法广泛应用。Si衬底上外延GaN材料已经是一种成熟的技术而被广泛应用，但直接对Si基GaN进行衬底刻蚀，无法得到均匀平整的GaN层，导致成品压力传感器性能不稳定。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种SOI基GaN压力传感器及其制备方法，以解决现有技术中无法得到均匀平整的GaN层导致成品压力传感器性能不稳定的问题。为解决上述技术问题，本专利技术实施例的第一方面提供了一种SOI基GaN压力传感器，包括：Si衬底；SiO2氧化层，位于所述Si衬底的上表面；Si顶层，位于所述SiO2氧化层的上表面；GaN缓冲层，位于所述Si顶层的上表面；和压力敏感单元，位于所述GaN缓冲层的上表面；其中，所述Si衬底中与所述压力敏感单元对应的位置上设有腔体，所述腔体贯穿所述Si衬底。进一步地，所述Si衬底厚度为0.3毫米至1毫米。进一步地，所述GaN缓冲层厚度为2微米至6微米。进一步地，所述SiO2氧化层厚度为0.2微米至10微米。进一步地，所述Si衬底上的腔体通过干法物理刻蚀或湿法化学腐蚀工艺制备而成。本专利技术实施例的第二方面提供了一种上述所述的SOI基GaN压力传感器的制备方法，包括：在所述Si衬底的上表面制备所述SiO2氧化层；在所述SiO2氧化层的上表面制备所述Si顶层；在所述Si顶层的上表面制备所述GaN缓冲层；在所述GaN缓冲层的上表面制备所述势垒层；在所述势垒层的上表面制备压力敏感单元；在所述Si衬底与所述压力敏感单元对应的位置上制备腔体，其中，所述腔体贯穿所述Si衬底的上表面和下表面。进一步地，所述GaN缓冲层厚度为2微米至6微米。进一步地，所述势垒层包括InAlGaN四元化合物、InAlN/AlGaN/InGaN三元化合物和AlN/InN二元化合物中的一种或多种。进一步地，所述SiO2氧化层厚度为0.2微米至10微米。进一步地，所述势垒层厚度为10纳米至30纳米。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术设计了一种SOI基GaN压力传感器，Si顶层上为GaN缓冲层，通过改变Si顶层的厚度即可实现不同压力量程的设计；SiO2氧化层具有刻蚀自终止特性，在进行Si衬底刻蚀制备腔体时，到SiO2氧化层会停止刻蚀，以此可以精准控制GaN缓冲层和Si顶层的厚度，提高压力传感器性能的稳定性。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提供的SOI基GaN压力传感器结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的SOI基GaN压力传感器制备方法流程图；图3是本专利技术实施例提供的SOI基GaN材料结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的SOI基GaN材料表面上制备压力敏感单元的结构示意图。图中：1、Si衬底；2、SiO2氧化层；3、Si顶层；4、GaN缓冲层；5、压力敏感单元；6、势垒层。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。如图1所示SOI基GaN压力传感器包括Si衬底1；SiO2氧化层2，位于Si衬底1的上表面；Si顶层3，位于SiO2氧化层2的上表面；GaN缓冲层4，位于Si顶层3的上表面；和压力敏感单元5，位于GaN缓冲层4的上表面；其中，Si衬底1中与压力敏感单元5对应的位置上设有腔体，腔体贯穿Si衬底1。Si顶层3上为GaN缓冲层4，通过改变Si顶层3的厚度即可实现不同压力量程的设计；SiO2氧化层2具有刻蚀自终止特性，在进行Si衬底1刻蚀制备腔体时，到SiO2氧化层2会停止刻蚀，以此可以精准控制GaN缓冲层4和Si顶层3的厚度，提高压力传感器性能的稳定性。本专利技术的一个实施例中，Si衬底1厚度为0.3毫米至1毫米。本专利技术的一个实施例中，GaN缓冲层4厚度为2微米至6微米。本专利技术的一个实施例中，SiO2氧化层2厚度为0.2微米至10微米。本专利技术的一个实施例中，Si衬底1上的腔体通过干法物理刻蚀或湿法化学腐蚀工艺制备而成。如图2所示，本专利技术公开了一种SOI基GaN压力传感器的制备方法，包括：步骤S201，在Si衬底1的上表面制备SiO2氧化层2。步骤S202，在SiO2氧化层2的上表面制备Si顶层3。步骤S203，在Si顶层3的上表面制备GaN缓冲层4。步骤S204，在GaN缓冲层4的上表面制备势垒层6。步骤S205，在势垒层6的上表面制备压力敏感单元5。步骤S206，在Si衬底1与压力敏感单元5对应的位置上制备腔体，其中，腔体贯穿Si衬底1的上表面和下表面。Si顶层3上为GaN缓冲层4，通过改变Si顶层3的厚度即可实现不同压力量程的设计；SiO2氧化层2具有刻蚀自终止特性，在进行Si衬底1刻蚀制备腔体时，到SiO2氧化层2会停止刻蚀，以此可以精准控制GaN缓冲层4和Si顶层3的厚度，提高压力传感器性能的稳定性。本专利技术的一个实施例中，势垒层6包括并不仅限于单层或多层不同组分浓度的InAlGaN四元化合物，不同组分浓度的InAlN/AlGaN/InGaN三元化合物，以及AlN/InN。本专利技术的一个实施例中，压力敏感单元5可采用任何对压力敏感的器件结构，可以为并不仅限于单个高电子迁移率晶体管器件、惠斯顿电桥电路、肖特基环形电容等，其工艺与通用的GaN制备工艺相同。SiO2氧化层2不会与Si材料刻蚀气体或腐蚀液体发生反应，可以将其作为终止层，完全去除掉背面Si衬底1，仅留Si顶层3和GaN缓冲层4，Si顶层3和GaN缓冲层4的厚度可以得到精确的控制。工作时压力敏感单元5感知压力，引起Si顶层3和GaN缓冲层4发生形变，该形变通过压力敏感单元5转化为电学信号输出，实现压力信号的传感。Si顶层3上为GaN缓冲层4，通过改变Si顶层3的厚度即可实现不同压力量程的设计；SiO2氧化层2具有刻蚀自终止特性，在进行Si衬底1刻蚀制备腔体时，到SiO2氧化层2会停止刻蚀，以此可以精准控制GaN缓冲层4和Si顶层3的厚度，提高压力传感器性能的稳定性。本专利技术的一个实施例中，SOI基GaN材料由下而上依次包括Si衬底11、SiO2氧化层2、Si顶层3、GaN缓冲层4和势垒层6。本专利技术的一个实施例中，势垒层6包括InAlGaN四元化合物、InAlN/AlGaN/InGaN三元化合物和AlN/InN二元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SOI基GaN压力传感器，其特征在于，包括：Si衬底；SiO2氧化层，位于所述Si衬底的上表面；Si顶层，位于所述SiO2氧化层的上表面；GaN缓冲层，位于所述Si顶层的上表面；和压力敏感单元，位于所述GaN缓冲层的上表面；其中，所述Si衬底中与所述压力敏感单元对应的位置上设有腔体，所述腔体贯穿所述Si衬底。

【技术特征摘要】
1.一种SOI基GaN压力传感器，其特征在于，包括：Si衬底；SiO2氧化层，位于所述Si衬底的上表面；Si顶层，位于所述SiO2氧化层的上表面；GaN缓冲层，位于所述Si顶层的上表面；和压力敏感单元，位于所述GaN缓冲层的上表面；其中，所述Si衬底中与所述压力敏感单元对应的位置上设有腔体，所述腔体贯穿所述Si衬底。2.根据权利要求1所述的SOI基GaN压力传感器，其特征在于，所述Si衬底厚度为0.3毫米至1毫米。3.根据权利要求1所述的SOI基GaN压力传感器，其特征在于，所述GaN缓冲层厚度为2微米至6微米。4.根据权利要求1所述的SOI基GaN压力传感器，其特征在于，所述SiO2氧化层厚度为0.2微米至10微米。5.根据权利要求1所述的SOI基GaN压力传感器，其特征在于，所述Si衬底上的腔体通过干法物理刻蚀或湿法化学腐蚀工艺制备而成。6.一种基于权利要求1-5中任意一项所述的SOI基GaN压力传感器的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕元杰，谭鑫，宋旭波，周幸叶，王元刚，冯志红，梁士雄，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