【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体微纳加工测试，特别涉及一种碳化硅微结构及其受压电阻变化测试平台和搭建方法。
技术介绍
1、碳化硅，作为第三代宽禁带半导体的典型代表，具有高热导率，耐腐蚀，宽禁带，高载流子迁移率等材料优势，被广泛应用于微电子和微纳传感器等领域。在功率器件领域，碳化硅被作为金属-氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)制备的主体沉底材料，具有更高的耐受温度、工作电压，且导通电阻、开关损耗大幅降低。鉴于其优异的机械、电学、化学特性优势，近些年来，以碳化硅为衬底制备具有良好工作特性的微纳特种传感器成为解决高温恶劣环境下众多物理量测量的重要突破方向。
2、目前，各类碳化硅压力、应变以及加速度传感器芯片主要依靠高掺杂碳化硅外延层具备的受压后电阻变化的敏感特性来实现物理量感知，然而，目前针对不同掺杂浓度的碳化硅外延层的受压敏感特性主要依靠多物理场耦合仿真建模。如该论文【toriyama t,sugiyama s.analysis ofpiezoresistance in n-type 6h sic for high-temperaturemechanical sensors[c]//transducers'03.12th international conference on solid-state sensors,actuators and microsystems.digest oftechnical papers(cat.no.03th8664).ieee,2003,1:758-761.】中针对n型6h碳化硅受压后的电阻
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术缺点，本专利技术提出一种碳化硅微结构及其受压电阻变化测试平台和搭建方法，可以从实验的角度，定性及定量地研究不同掺杂类型及浓度下的碳化硅外延层受压后的电阻变化特征，为相关碳化硅传感器芯片的结构设计和优化提供理论依据，具有测试对象参数(层数、厚度)可调、测试平台简单易搭建的特点。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：
3、一种碳化硅微结构，具有高掺杂浓度外延层，掺杂浓度1e18cm-3—1e20cm-3。
4、所述的具有高掺杂浓度外延层的碳化硅微结构，包括n型单晶碳化硅基底101，在单晶碳化硅基底101上是高掺杂浓度的p型掺杂外延层102；
5、或者是由高掺杂浓度的p型掺杂外延层102和n型掺杂外延层103，层铺组合而成的多层碳化硅外延片100结构。
6、所述的高掺杂浓度的p型掺杂是指含有铝al元素的气态物质外延生长在单晶碳化硅基底101上；所述的高掺杂浓度的n型掺杂是指含有氮元素的气态物质外延生长在单晶碳化硅基底101的p型掺杂外延层102上。
7、所述的具有高掺杂浓度外延层的碳化硅微结构，其整体外形结构尺寸为：长25～45mm，宽4～6mm，厚300～350μm；其中，高掺杂浓度的p型掺杂外延层102厚为2-5μm，高掺杂浓度的n型掺杂外延层103厚为2-5m。
8、所述具有高掺杂浓度外延层的碳化硅微结构，其制备方法包括如下过程：
9、步骤1、在单晶碳化硅基底101上通过外延生长，通入含有铝al元素的气态物质，形成厚度2-5μm、掺杂浓度1e18cm-3—1e20cm-3的p型掺杂外延层102，为np型；或者继续通含有氮元素的气态物质，形成掺杂浓度1e18cm-3—1e20cm-3的n型掺杂外延层103，最终组合形成多层碳化硅外延片100，为npn型；
10、步骤2、采用丙酮溶液对步骤1得到的多层碳化硅外延片100进行浸泡清洁，去除表面的有机杂质；随后使用无水乙醇去除丙酮残留，接着用去离子水反复冲洗并烘干；
11、步骤3、在步骤2清洁过的多层碳化硅外延片100表面涂覆1μm～6μm厚的光刻胶，并通过一次光刻工艺图形化，得到一次图形化的多层碳化硅外延片100；
12、步骤4、对步骤3得到的一次图形化的多层碳化硅外延片100进行干法刻蚀，形成表层微型敏感电阻104，然后浸入丙酮溶液中，去除表面光刻胶并清洗；
13、步骤5、在步骤4得到的多层碳化硅外延片100表面沉积厚度为50nm～500nm的绝缘层105；
14、步骤6、在步骤5得到的多层碳化硅外延片100表面第二次涂覆光刻胶，并通过二次光刻工艺图形化，形成接触引线窗口图案，随后浸入boe溶液中去除未遮盖部位的二氧化硅，形成接触引线窗口106；
15、步骤7、将步骤6得到的多层碳化硅外延片100表面第三次涂覆1μm～6μm厚的光刻胶，通过三次光刻工艺图形化形成接触引线图案，并在其表面沉积金属层，并通过剥离工艺形成导电的接触引线107；
16、步骤8、将步骤7得到的多层碳化硅外延片100进行高温热退火，退火条件为温度为600℃～1200℃，时间为1min～30min，并将其划片切割得到待测碳化硅微结构1样品。
17、所述步骤1中的单晶碳化硅基底101，包括4h-sic、6h-sic在内的任意尺寸的单晶碳化硅晶圆片。
18、所述步骤4中得到的表层微型敏感电阻104数量为偶数，每种尺寸的表层微型敏感电阻均有2个，且这两个表层微型敏感电阻104的形状中心在碳化硅微结构1表面的同一轴向位置处，但横向呈相互垂直分布。
19、所述步骤5中绝缘层105是氮化硅层、氧化硅层或者氮化硅层和氧化硅层的复合结构。
20、所述步骤6中的boe溶液中由质量浓度为49％的氢氟酸溶液与质量浓度为40％氟化铵溶液按体积比1:6的比例混合形成。
21、所述步骤7中的金属层，为任意金属或者合金组合而成的单层或多层导电金属层，其厚度为100～500nm。
22、所述步骤7中的接触引线107连接引线焊盘108，用于和外界实现导线电连接。
23、所述步骤8中所使用的切割方法包括金刚石砂轮机械划切、激光切割方法。
24、所述光刻胶为az4620正性光刻胶。
25、一种碳化硅微结构受压电阻变化测试平台，包括可调间距的夹持平台202，可调间距的夹持平台202的加持端设置有样品固定基板201，样品固定基板201上粘贴有碳化硅微结构1的样品，碳化硅微结构1上的引线焊盘108位置连接有导线205，导线205另一端连接欧姆表206，碳化硅微结构1的边缘位置设置挂钩203，挂钩203上依次悬挂不同重量的标准砝码204。
26、所述的受压电阻变化测试平台的搭建方法，步骤包括：
27、步骤1、将具有高掺杂外延层的碳化硅微结构1粘贴在样品固定基板201上，再将样品固定基板201加持在可调间距的夹持平台202上；
【技术保护点】
1.一种碳化硅微结构，其特征在于，具有高掺杂浓度外延层，掺杂浓度1e18cm-3—1e20cm-3；
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅微结构，其特征在于，所述的高掺杂浓度的P型掺杂是指含有铝Al元素的气态物质外延生长在单晶碳化硅基底(101)上；所述的高掺杂浓度的N型掺杂是指含有氮元素的气态物质外延生长在单晶碳化硅基底(101)的P型掺杂外延层(102)上；
3.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅微结构的制备方法，其特征在于，包括如下过程：
4.根据权利要求3所述的一种碳化硅微结构的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的单晶碳化硅基底(101)，包括4H-SiC、6H-SiC在内的任意尺寸的单晶碳化硅晶圆片。
5.根据权利要求3所述的一种碳化硅微结构的制备方法，其特征在于，所述步骤4中得到的表层微型敏感电阻(104)数量为偶数，每种尺寸的表层微型敏感电阻均有2个，且这两个表层微型敏感电阻(104)的形状中心在碳化硅微结构(1)表面的同一轴向位置处，但横向呈相互垂直分布。
6.根据权利要求3所述的一种碳化硅微结构的制备方法
7.根据权利要求3所述的一种碳化硅微结构的制备方法，其特征在于，所述步骤7中的接触引线(107)连接引线焊盘(108)，用于和外界实现导线电连接；
8.基于权利要求1所述的一种碳化硅微结构的受压电阻变化测试平台，其特征在于，包括可调间距的夹持平台(202)，可调间距的夹持平台202的加持端设置有样品固定基板(201)，样品固定基板(201)上粘贴有碳化硅微结构(1)的样品，碳化硅微结构(1)上的引线焊盘(108)位置连接有导线(205)，导线(205)另一端连接欧姆表(206)，碳化硅微结构(1)的边缘位置设置挂钩(203)，挂钩(203)上依次悬挂不同重量的标准砝码(204)。
9.根据权利要求8所述的受压电阻变化测试平台的搭建方法，其特征在于，步骤包括：
10.根据权利要求9所述的受压电阻变化测试平台的搭建方法，其特征在于，所述搭建步骤中所涉及的粘贴，均为环氧树脂粘接剂或其它具有高粘接强度的粘接剂；所述样品固定基板(201)为带有金属焊盘连接点的Pcb板，或带有金属焊盘连接点的氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板。
...【技术特征摘要】
1.一种碳化硅微结构，其特征在于，具有高掺杂浓度外延层，掺杂浓度1e18cm-3—1e20cm-3；
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅微结构，其特征在于，所述的高掺杂浓度的p型掺杂是指含有铝al元素的气态物质外延生长在单晶碳化硅基底(101)上；所述的高掺杂浓度的n型掺杂是指含有氮元素的气态物质外延生长在单晶碳化硅基底(101)的p型掺杂外延层(102)上；
3.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅微结构的制备方法，其特征在于，包括如下过程：
4.根据权利要求3所述的一种碳化硅微结构的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的单晶碳化硅基底(101)，包括4h-sic、6h-sic在内的任意尺寸的单晶碳化硅晶圆片。
5.根据权利要求3所述的一种碳化硅微结构的制备方法，其特征在于，所述步骤4中得到的表层微型敏感电阻(104)数量为偶数，每种尺寸的表层微型敏感电阻均有2个，且这两个表层微型敏感电阻(104)的形状中心在碳化硅微结构(1)表面的同一轴向位置处，但横向呈相互垂直分布。
6.根据权利要求3所述的一种碳化硅微结构的制备方法，其特征在于，所述步骤5中绝缘层(105...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴晨，方续东，张仲恺，田边，张俊龙，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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