一种用于在苛刻环境中测量压力的传感器。所述传感器可以具有形成在基底上的晶体管。由基底的一部分形成的可以是膜片，该膜片可以由于膜片上的压力改变而弯曲。所述晶体管可以检测膜片的弯曲，并且所述晶体管能够通过非惠斯通差分放大器类型电路指示压力改变的幅度。所述晶体管可以是高电子迁移率晶体管(HEMT)。HEMT可以是Ⅲ族氮化物晶体管。晶片可以被附着至所述膜片以形成密封腔。
【技术实现步骤摘要】
苛刻环境压力传感器
技术介绍
本公开涉及传感器并且特别地涉及压力传感器。更特别地，所述传感器涉及在苛刻环境中的压力传感器。
技术实现思路
本公开揭示一种用于在苛刻环境中测量压力的传感器。所述传感器可以具有形成在基底上的晶体管。由基底的一部分形成的可以是膜片，该膜片可以由于膜片上的压力改变而弯曲。所述晶体管可以检测膜片的弯曲，并且所述晶体管能够通过非惠斯通差分放大器类型电路指示压力改变的幅度。所述晶体管可以是高电子迁移率晶体管(HEMT)。HEMT 可以是III族氮化物晶体管。晶片可以被附着至所述膜片以形成密封腔。附图说明图I为GaN晶体管的示图；图2a为集成晶体管作为压力传感器的基础的电子电路的示例性示例的示意图；图2b为具有用于包含晶体管的基底的传感器的示例性示例的示图，其中所述基底具有用于压力检测的膜；以及图3为具有用于包含晶体管的基底并且具有用于检测相对于腔内的参考压力的压力的腔的传感器的示例性示例的示图。具体实施例方式能够在高温下和苛刻环境中工作的压力传感器看来似乎在许多应用领域中是需要的，所述应用领域诸如内燃机测量(缸内压力、排放等)，油、气以及地热勘探和钻井、气涡轮以及公用事业应用(锅炉、生命安全等)。在许多情况中，所要求的高操作温度(300°C 以上)和腐蚀介质的存在可能对传感器材料施加极端的限制。例如，市场上有售的硅压敏电阻压力传感器通常不能在这样高的温度下工作。本文中的方法是实现GaN压力传感器，其用来感测连接在有源负载差分放大器级中的氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)。GaN对于在高温和苛刻环境应用下操作的设备而言可能是合适的。由于其宽带隙性质，GaN呈现出高度热稳定的。因此，GaN电子设备可以在升高的温度下操作。该材料还呈现出化学稳定的，使得其适于在化学苛刻环境中操作。图I为可以在本传感器中使用的GaN晶体管11的示图。可以使用由诸如硅、蓝宝石、或碳化硅之类的材料制成的基底12。GaN的层13可以被形成在基底12上。AlGaN的层14可以被形成在层13上。2-DEG(即，二维电子气)15存在于层13和14的界面处。可以在层14上形成触点16用于漏极和源极。在层14的剩余表面的至少一部分上，可以形成 SiO2或Al2O3的层18。用于栅极的触点19可以被形成在层18上。漏极或触点16以及源极或触点16可以被看作欧姆触点。栅极或触点19可以被看作肖特基触点。本压力传感器可以包括采用若干GaN HEMT构造的电子电路。在图2a和2b中的示图中示出了这样的压力传感器的一个示例。在图2b和3的传感器中的晶体管41、42、43、 44和45的结构和组成可以与图I中的晶体管11的结构和组成相似。如图2a的示意图中所示，可以采用若干GaN HEMT来构造电子电路。图2a是组成本压力传感器的基础的电路21的不意图。晶体管43 (M3)可以具有用于连接到端子22处的电压(Vd)的源极。另一个晶体管44(M4)可以具有连接到端子22 的源极。晶体管43和44的栅极可以被连接在一起，并且连接到晶体管43的漏极。晶体管43的漏极可以被连接到晶体管41 (Ml)的源极。晶体管44的漏极可以被连接到晶体管42(M2)的源极。晶体管41和42的漏极可以被连接到连接部34，该连接部34被连接到晶体管45(Mb)的源极。晶体管45可以具有用于连接到地或参考电压端子24的漏极。电流 (Ib)可以从晶体管41和42的漏极经由连接部34流动到晶体管45并且通过晶体管45流动到端子24。可以在连接部34处指示电压(V)。电流(Iwt)和电压(Vwt)输出可以是在端子31处。端子31可以被连接到晶体管44的漏极和晶体管42的源极。晶体管41的栅极可以用于连接到端子32处的第一电压(Vl)。晶体管42的栅极可以用于连接到端子33处的第二电压(V2)。晶体管45的栅极可以用于连接到端子35处的电压(Vb)。如图2b中所示，所述电路可以被至少部分地定位在可弯曲膜(membrane) 17上，该可弯曲膜17可以是来自传感器25的基底12的蚀刻部分的结果。膜17可以在沿着方向28 的压力29应力下弯曲。方向28可以近似垂直于膜17、基底12、和/或传感器25的各层的主表面。压力29可以对膜17提供应力或应变。可以注意的是，在该膜中，由于变形的缘故， 应力/应变也可能横向地产生。与膜片17的表面相对的基底12的表面(其容易受到压力29的影响)可以具有密封基底12的那个表面的可选的盖38或者用于将基底12的那个表面或侧面与环境以及压力29的影响相隔离的其他机构，从而避免从膜片的另一侧面冲击膜片17的压力29的减小或抵消。晶体管可以在由盖38覆盖的表面上。关联的应力或应变可以改变压电极化并且因此改变晶体管41 (MI )、42 (M2)、43(M3)和 44(M4)的沟道中的 2-DEG 浓度 15。因此，所述四个 HEMT41 (Ml)、42 (M2)、43 (M3) 和44(M4)的沟道电导可以随着测量的压力而改变。在四个HEMT的一个或多个中的沟道电导改变量可以是压力29的测量结果。应该注意的是，通过将HEMT 42 (M2)和43 (M3)定位为靠近可弯曲膜17的中心并且将HEMT 41 (Ml)和44(M4)定位为靠近膜17的边缘，对于两对晶体管而言，所述改变的符号或方向可能是相反的。当HEMT 42 (M2)和HEMT43 (M3)的沟道电导率增加时，则HEMT 41 (Ml)和HEMT44(M4)的沟道电导率可能减小，并且反之亦然。 虽然位于基底12上，但是通过不位于可弯曲膜17的上方或上面，GaN HEMT 45 (Mb)不必然受到环境压力改变影响。晶体管45可以是在基底12可弯曲性方面没有改变的参考。所述五个晶体管41、42、43、44和45可以被连接在有源负载差分放大器级中(图2a)，其中在端子31处的输出信号Vrat与所检测的压力29的幅度成比例。晶体管41/43(M1/M3)分支和晶体管42/44(M2/M4)分支之间的不平衡可以分别通过晶体管41/44(M1/M4)对和晶体管 42/43 (M2/M3)对上的压力的相反作用而增加。在端子31处的输出信号可以被特别设计用于阻抗匹配和噪声降低的放大级进一步处理。这样的处理可以产生压力29的更精确的测量结果。晶体管41-45的一个或多个可以具有除了 HEMT之外的另一类型。图3是传感器26的示图，传感器26是在图2b中示出的压力传感器25的变体。可弯曲膜17可以形成与封闭腔27的侧壁垂直的一个侧壁和多个侧面。晶片37可以被附着于所述膜以形成腔27的其他侧壁。在图3中示出的传感器26可以测量相对于或对比封闭腔27内的参考压力的外部压力。在GaN HEMT压力传感器的某些实例中，可以通过一个或多个HEMT中或者在惠斯通电桥配置中连接到一起的四个HEMT中的沟道电阻率改变来感测压力。然而，在本实例中，可以由每个单独的晶体管41 (Ml)、42 (M2)、43 (M3)和44(M4)来执行该感测。晶体管可以被连接在与惠斯通配置不同的电子电路配置中。在灵敏度方面的提高主要可以归因于电子电路的差分配置。然而，通过利用压力29分别对晶体管对41/44 (M1/M4)和4本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：VG·杜米特鲁，SD·科斯蒂，M·布勒兹努，BC·塞尔班，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：
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