碳化硅高温压力传感器设计与工艺实验研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号对照表
• 第1章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 现实需求
• 1.1.2 硅微压力传感器的局限
• 1.2 高温微压力传感器的新发展
• 1.2.1 高温压力传感器新技术
• 1.2.2 SiC 材料介绍
• 1.3 SiC 高温压力传感器
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 课题研究目标、内容与论文结构
• 第2章 压力传感器原理与芯片设计
• 2.1 引言
• 2.2 压阻式传感器基本原理
• 2.3 圆膜变形理论
• 2.4 6H-SiC 压阻片布置
• 2.5 压力芯片设计
• 2.5.1 芯片尺寸与性能估算
• 2.5.2 电阻条尺寸设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 工艺、封装与版图设计
• 3.1 引言
• 3.2 SiC 压力芯片工艺设计
• 3.2.1 MEMS 工艺流程
• 3.2.2 工艺难点
• 3.3 传感器封装设计
• 3.3.1 封装要求与问题
• 3.3.2 封装方案
• 3.3.3 ANSYS 应力仿真
• 3.4 版图设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 SiC 压力传感器关键工艺与实验
• 4.1 引言
• 4.2 6H-SiC 同质外延掺杂
• 4.2.1 晶体缺陷与外延工艺意义
• 4.2.2 外延理论
• 4.2.3 外延实验与测试
• 4.2.3.1 X 射线衍射分析
• 4.2.3.2 二次离子质谱测试
• 4.3 SiC 的干法体刻蚀技术
• 4.3.1 SiC 体刻蚀技术简介
• 4.3.2 等离子体刻蚀
• 4.3.3 SiC 等离子体刻蚀设备
• 4.3.4 掩膜选择与制作
• 4.3.5 RIE 刻蚀实验
• 4.3.6 ICP 刻蚀实验
• 4.4 SiC 的欧姆接触
• 4.4.1 欧姆接触方案选择
• 4.4.2 比接触阻率测试方法
• 4.4.3 测试图形工艺流程
• 4.4.4 比接触阻率测试结果
• 4.5 压阻条阻值测试
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论
• 5.1 研究内容和结果
• 5.2 存在问题
• 5.3 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果