碳化硅高温压力传感器设计与工艺实验研究

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高温恶劣条件下的压力测量正逐步受到人们的重视。碳化硅是最有希望应用于这方面的第三代宽禁带半导体材料。它具有耐高温、耐压高和抗辐射的特点,特别适用于制作高温压力传感器。国外已经有众多团队展开了研究,制作了光学式、电容式和压阻式的SiC压力传感器。在以上背景下,本文致力于研究目标工作温度达400℃的6H-SiC压阻式高温压力传感器,主要内容包括传感器芯片设计与关键工艺实验。论文首先综述了国外SiC压力传感器的发展现状,分析了压阻式的优点。根据压阻式压力传感器原理和6H-SiC的材料特性,进行了敏感膜片和敏感压阻的设计。由传感器芯片结构,设计了工艺流程、芯片封装方式和光刻版版图。利用ANSYS对封装基体与SiC芯片的热应力进行了计算分析。论文深入探索了SiC的关键工艺,包括外延、刻蚀和欧姆接触,进行了一系列实验和测试。外延采用用化学气相沉积方法,得到了掺杂浓度为1.8×1018cm-3的n型外延层。SiC的体加工采取干法等离子体刻蚀,用RIE刻蚀80μm深的同时保证了刻蚀表面质量,平均刻蚀速率为100nm/min。欧姆接触用Ti/TiN/Pt的金属层形成,通过Kelvin法测试比接触阻率为8.42×10-4Ωcm2。
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