一种6H-SiC高温压力传感器的芯片

摘要

一种6H-SiC高温压力传感器的芯片，属于传感器芯片技术领域。该芯片包括四个敏感压阻和敏感膜，共同构成电桥电路。其中，敏感膜采用受力分布均匀、应力集中较少的敏感圆膜。针对6H-SiC材料各向压阻系数同性以及径向与切向应变系数随温度变化趋势不同的特性，四个敏感压阻中的两个布置在敏感圆膜中心位置，另外两个关于中心处的敏感压阻对称布置在敏感圆膜边缘位置，四个敏感压阻均沿径向布置，芯片的信号输出通过电桥电路实现。采用本发明可以最大限度的利用掺杂后的6H-SiC材料的压阻效应，提高6H-SiC高温压力传感芯片的灵敏度。

权利要求

1.一种6H-SiC高温压力传感器的芯片，该芯片结构包括敏感圆膜（9）和形成电桥电路所需要的四个敏感压阻：第一长压阻（1）、第二长压阻（2）、第三长压阻（10）和第四长压阻（11）；上述四个长压阻都是在经过掺杂的6H-SiC外延层刻蚀得到的，经溅射后图形化形成的电路将这四个长压阻连接起来，形成完整的电桥电路，其特征在于：所述的第一长压阻（1）和第二长压阻（2）布置在敏感圆膜（9）中心位置，两者相互平行，且沿径向两边对齐；第三长压阻（10）和第四长压阻（11）沿径向布置在敏感圆膜（9）边缘位置，且关于第一长压阻（1）和第二长压阻（2）对称布置，并与第一长压阻（1）和第二长压阻（2）在同一直线上。

2.如权利要求1所述的6H-SiC高温压力传感器的芯片，其特征在于：第三长压阻（10）是由第一短压阻（4）和第二短压阻（5）通过金属条一（3）串联形成的，两者长度相等，相互平行，两边对齐；第四长压阻（11）由第三短压阻（7）和第四短压阻（8）通过金属条二（6）串联形成，两者长度相等，相互平行，两边对齐。

3.如权利要求2所述的6H-SiC高温压力传感器的芯片，其特征在于：第一短压阻（4）、第三短压阻（7）与第一长压阻（1）在同一条直线上；第二短压阻（5）、第四短压阻（8）与第二长压阻（2）在同一条直线上。

说明书

一种6H-SiC高温压力传感器的芯片

技术领域

[0001] 本发明设计涉及MEMS传感器的芯片结构，尤其涉及一种采用6H-SiC材料制作，用于高温压力测量的芯片结构，属于传感器结构设计技术领域。

背景技术

[0002] SiC相比于传统的硅材料，在高温下有着更稳定的物理化学性质，是非常有希望应用于高温恶劣条件下的半导体材料。国内外的一些研究成果表明，SiC材料，特别是6H-SiC材料制作的电子器件不需要冷却就能够直接工作在600℃的环境中。在目前已有的利用SiC材料制作的高温器件中，压阻式高温压力传感器由于其结构简单，应用范围较广得到了广泛的研究。而在设计6H-SiC高温压力传感器芯片的过程中，必须根据压阻式压力传感器的特点和6H-SiC自身的材料特性进行结构设计，包括如下几点：

[0003] 一、需要特定的结构敏感外界压力的变化。

[0004] 二、敏感压阻要根据6H-SiC压阻系数各向同性的特性进行布置。

[0005] 三、随着温度的升高，6H-SiC的应变系数会发生变化，且应变系数在径向和切向随温度变化的趋势是不同的。

[0006] 只有根据如上所述的要点进行6H-SiC高温压力传感器芯片的结构设计，才能最大程度的利用敏感压阻的压敏特性，提高器件的灵敏度，保证器件在高温环境下工作的性能。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提出一种6H-SiC高温压力传感器芯片的结构，在保证6H-SiC压力传感器在高温下稳定工作的基础上，最大程度的利用敏感压阻的压敏特性，提高器件在高温下的灵敏度。

[0008] 本发明的技术方案如下：

[0009] 一种6H-SiC高温压力传感器的芯片，该芯片结构包括敏感圆膜和形成电桥电路所需要的四个敏感压阻：第一长压阻、第二长压阻、第三长压阻和第四长压阻；上述四个长压阻都是在经过掺杂的6H-SiC外延层刻蚀得到的，而溅射后图形化形成的电路将这四个长压阻连接起来，形成完整的电桥电路，其特征在于：所述的第一长压阻和第二长压阻布置在敏感圆膜中心位置，两者相互平行，且沿径向两边对齐；第三长压阻和第四长压阻沿径向布置在敏感圆膜边缘位置，且关于第一长压阻和第二长压阻对称布置，并与第一长压阻和第二长压阻在同一直线上。

[0010] 上述6H-SiC高温压力传感器芯片的特征在于：第三长压阻是由第一短压阻和第二短压阻通过金属条一串联形成的，两者长度相等，相互平行，两边对齐；第四长压阻由第三短压阻和第四短压阻通过金属条二串联形成，两者长度相等，相互平行，两边对齐。

[0011] 上述6H-SiC高温压力传感器芯片的特征在于：第一短压阻、第三短压阻与第一长压阻在同一条直线上；第二短压阻、第四短压阻与第二长压阻在同一条直线上。

[0012] 本发明具有以下优点及突出性效果：一、敏感圆膜受力分布均匀、应力集中较少，因而工作上限更高；二、由于6H-SiC的压阻系数各向同性，因此布置在敏感圆膜中心位置和边缘位置的敏感压阻可以获得最大的压阻效应，同时敏感圆膜中心位置与边缘位置受到的应力方向相反，上述结构可以保证电桥电路的差分输出，进一步提高了6H-SiC高温压力传感器芯片的灵敏度；三、高温环境下6H-SiC晶片的切向应变系数相比于径向下降更快，因此径向布置的敏感压阻有利于提高芯片在高温下工作的灵敏度，也保证了6H-SiC压力传感器在高温下工作的稳定性。

附图说明

[0013] 图1是本发明提供的6H-SiC高温压力传感器的芯片结构原理示意图。

[0014] 图2是布置在圆膜边缘处的长压阻结构示意图。

[0015] 图3是布置在圆膜中心处的长压阻结构示意图。

[0016] 图中：1-第一长压阻；2-第二长压阻；3-金属条一；4-第一短压阻；5-第二短压阻；6-金属条二；7-第三短压阻；8-第四短压阻；9-敏感圆膜；10-第三长压阻；11-第四长压阻。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图和具体实施方式对本发明的结构、原理和工作过程做进一步说明。

[0018] 图1是本发明提供的一种6H-SiC高温压力传感器的芯片结构原理示意图，包括敏感圆膜和形成完整电桥电路所需要的四个敏感压阻：敏感圆膜结构受力分布均匀、应力集中较少，因而工作上限更高；第一长压阻1和第二长压阻2布置在敏感圆膜中心位置，两者相互平行，且沿径向两边对齐；第三长压阻10和第四长压阻11沿径向布置在敏感圆膜边缘位置，且关于第一长压阻1和第二长压阻2对称布置，并与第一长压阻1和第二长压阻2在同一直线上。由于6H-SiC的压阻系数各向同性，因此敏感圆膜的中心位置和边缘位置是压阻效应最大的区域，如上所述的芯片结构可以获得最大的灵敏度。同时，高温环境下6H-SiC晶片切向应变系数相比于径向下降更快，因此四个敏感压阻沿径向布置可以保证在很高的工作温度下依然有较大的压阻效应，进而提高6H-SiC压力传感器芯片在高温下工作的灵敏度。

[0019] 图2是本发明提供的一种6H-SiC高温压力传感器芯片布置在圆膜边缘处的长压阻结构示意图，第一短压阻4和第二短压阻5通过金属条一3串联，使得最终形成的第一长压阻10尽量靠近敏感圆膜边缘位置，而第一短压阻4和第二短压阻5均沿圆膜径向布置，也提高了6H-SiC压力传感器芯片在高温下工作的灵敏度。

[0020] 图3是本发明提供的一种6H-SiC高温压力传感器芯片在圆膜中心处的长压阻结构示意图，其中第一长压阻1和第二长压阻2均布置在敏感圆膜中心位置，两者相互平行，且沿径向两边对齐。