Полупроводниковый резистор Российский патент 2018 года по МПК H01L29/84 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технике полупроводниковых приборов, в частности к изготовлению термо- и тензорезисторов на основе тензочувствительных полупроводниковых материалов.

Уровень техники

Известен полупроводниковый резистор на основе тензочувствительных полупроводниковых материалов датчика механических величин, изготовленного следующим образом. На подложку из металла или иного органического или неорганического материала, которая служит упругим элементом тензорезистивного датчика, известным способом наносят тонкий изоляционный слой из известных диэлектриков. Чувствительный элемент покрыт защитным слоем из SiO, который обеспечивает устойчивость полупроводникового резистора к воздействию агрессивных сред (RU 2367062 C1, H01L 29/84, опубл. 10.09.2009).

Недостатком известного полупроводникового резистора является узкий диапазон рабочих температур от -40 до +125°C, сложность проведения операции микросварки алюминиевых токовводов к никелевым контактам, а также низкая надежность полученного соединения. При температурах свыше 250°C происходит окисление поверхностного слоя никелевых контактов и отслоение защитного слоя от контактных дорожек.

Сущность изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание полупроводникового резистора на основе тензочувствительных полупроводниковых материалов, который при его использовании в качестве элемента (элементов) тензорезистивного датчика механических величин обеспечивает более высокие технические параметры датчика при работах в условии повышенных температур до 350°C.

Технический результат заявленного изобретения заключается в минимизации деградации параметров полупроводникового тензорезистивного чувствительного элемента при повышенных рабочих температурах, в обеспечении стабильности электрических параметров и в повышении устойчивости к воздействию температур.

Технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что полупроводниковый резистор включает сформированный на подложке изоляционный слой, слой полупроводника, снабженный на концах контактами, выполненными в виде слоя металла, причем дополнительно снабжен нижним буферным и верхним буферным слоями, причем нижний буферный слой расположен между изоляционным слоем и слоем полупроводника, а верхний буферный слой расположен на слое полупроводника, при этом указанные нижний и верхний буферные слои выполнены из оксисульфида самария, и полученная структура дополнительно покрыта внешним защитным слоем.

В частном случае реализации заявленного технического решения изоляционный слой выполнен из вещества, выбранного из группы, оксид алюминия, карбид кремния, нитрид кремния, оксисульфид самария.

В частном случае реализации заявленного технического решения слой полупроводника выполнен поликристаллической структурой.

В частном случае реализации заявленного технического решения слой полупроводника выполнен из вещества, выбранного из группы: моносульфиды лантаноидов, кремний, арсенид галлия, нитрид галлия.

В частном случае реализации заявленного технического решения изоляционный слой выполнен из оксида кремния SiO.

В частном случае реализации заявленного технического решения внешний защитный слой выполнен из оксида кремния SiO.

Изобретение обеспечивает повышение термостойкости полупроводникового резистора, стабильность электрических параметров и повышение устойчивости к воздействию агрессивных сред при повышенных температурах.

Краткое описание чертежей

Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано:

Фиг. 1 - полупроводниковый резистор

На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:

1 - подложка; 2 - изоляционный слой; 3 - нижний буферный слой Sm₂O₂S; 4 - полупроводниковый слой; 5 - металлический контакт; 6 - верхний буферный слой Sm₂O₂S; 7 - защитный слой.

Раскрытие изобретения

Полупроводниковый резистор состоит из сформированного на подложке (1) изоляционного слоя (2), выполненного из диэлектрика, например, из оксида кремния SiO. В варианте реализации заявленного технического решения изоляционный слой может быть выполнен также из оксида алюминия, карбида кремния, нитрида.

На изоляционном слое (2) расположен нижний буферный слой (3), выполненный из оксисульфида самария. Нижний буферный слой (3) обеспечивает устойчивую работу полупроводникового резистора в условиях работы при повышенных температурах. Поверх нижнего буферного слоя (3) сформирован слой (4) полупроводника. Слой полупроводника (4) снабжен на концах контактами (5).

Слой полупроводника в варианте реализации заявленного технического решения может быть выполнен из вещества, выбранного из группы: моносульфиды лантаноидов, кремний, арсенид галлия, нитрид галлия; слой полупроводника имеет поликристаллическую структуру.

Контакты (5) выполнены в виде слоя металла. Контакты (5) обеспечивают электрическое соединение полупроводникового резистора с другими элементами тензорезистивного датчика. Поверх слоя полупроводника (4) с контактами (5) сформирован верхний буферный слой (6), выполненный из оксисульфида самария. Верхний буферный слой обеспечивает устойчивую работу полупроводникового резистора в условиях работы при повышенных температурах.

Полученная структура дополнительно закрывается защитным слоем (7), выполненным из оксида кремния SiO.

Полупроводниковый резистор на основе тензочувствительных полупроводниковых материалах, как элемент тензорезистивного датчика механических величин изготавливают следующим образом:

На подложку (1) из металла или иного органического или неорганического материала, которая служит упругим элементом тензорезистивного датчика, известным способом, например, напылением в вакууме, нанесен тонкий изоляционный слой (2).

На сформированном изоляционном слое (2) известными способами, например, напылением в вакууме, формируют нижний буферный слой (3) оксисульфида самария, обеспечивающий устойчивую работу полупроводникового резистора по изобретению в условиях работы при повышенных температурах. Выполнение нижнего буферного слоя (3) оксисульфида самария обеспечивает необходимую «защиту» от окисления (деградации) основного полупроводникового слоя (4).

Затем также известными способами формируют слой полупроводника (4) в виде ленты (параллелепипеда); далее известными способами формируют контакты и коммуникационные дорожки (5) - проводники, которые обеспечивают электрическое соединение полупроводникового резистора с другими элементами тензорезистивного датчика.

После этого наносится верхний буферный слой (6) оксисульфида самария, обеспечивающий устойчивую работу полупроводникового резистора по изобретению в условиях работы при повышенных температурах. В заключении известными способами наносят внешний слой (7) защитного покрытия, выполненного из оксида кремния (SiO), обеспечивающий устойчивость полупроводникового резистора в агрессивных средах.

Достижение технического результата может быть проиллюстрировано примером.

В качестве объекта сравнения был использован стандартный тензорезистор на основе моносульфида самария, полученный по известной технологии наиболее близкого аналога.

Пример 1. Использован полупроводниковый резистор по изобретению, элементы которого были получены вакуумным напылением, включающий изоляционный слой из оксида кремния SiO толщиной 1,5-5 мкм, слой оксисульфида самария толщиной 0,01-0,1 мкм, слой поликристаллического моносульфида самария толщиной 0,05-0,9 мкм и шириной 100-400 мкм. Слой металлического контакта толщиной 0,1-1 мкм, второй буферный слой оксисульфида самария толщиной 0,01-0,1 мкм и внешний защитный слой оксида кремния SiO толщиной 0,5-2,5 мкм.

Преимущество полупроводникового резистора по изобретению при воздействии температур свыше 250°C: по времени жизни датчика с 2 часов увеличилось до 700 часов без изменений метрологических характеристик.

Изобретение относится к технике полупроводниковых приборов, в частности к изготовлению термо- и тензорезисторов на основе тензочувствительных полупроводниковых материалов. Резистор включает сформированный на подложке изоляционный слой, слой полупроводника, снабженный на концах контактами, выполненными в виде слоя металла. Резистор дополнительно снабжен нижним буферным и верхним буферным слоями. Нижний буферный слой расположен между изоляционным слоем и слоем полупроводника. Верхний буферный слой расположен на слое полупроводника. Нижний и верхний буферные слои выполнены из оксисульфида самария. Полученная структура дополнительно покрыта внешним защитным слоем. Использование изобретения позволяет минимизировать деградацию параметров полупроводникового тензорезистивного чувствительного элемента при повышенных рабочих температурах и обеспечить стабильность электрических параметров. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Полупроводниковый резистор, включающий сформированный на подложке изоляционный слой, слой полупроводника, снабженный на концах контактами, выполненными в виде слоя металла, отличающийся тем, что дополнительно снабжен нижним буферным и верхним буферным слоями, причем нижний буферный слой расположен между изоляционным слоем и слоем полупроводника, а верхний буферный слой расположен на слое полупроводника, при этом указанные нижний и верхний буферные слои выполнены из оксисульфида самария, и полученная структура дополнительно покрыта внешним защитным слоем.

2. Резистор по п. 1, отличающийся тем, что изоляционный слой выполнен из вещества, выбранного из группы: оксид алюминия, карбид кремния, нитрид кремния, оксисульфид самария.

3. Резистор по п. 1, отличающийся тем, что слой полупроводника выполнен из поликристаллического материала.

4. Резистор по п. 1, отличающийся тем, что слой полупроводника выполнен из вещества, выбранного из группы: моносульфиды лантаноидов, кремний, арсенид галлия, нитрид галлия

5. Резистор по п. 1, отличающийся тем, что изоляционный слой выполнен из оксида кремния SiO.

6. Резистор по п. 1, отличающийся тем, что внешний защитный слой, выполнен из оксида кремния SiO.