[发明专利]纳米硅薄膜晶体管压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米硅薄膜晶体管压力传感器，属于传感器技术领域。

背景技术

目前，通过设计新型硅膜结构或新型压敏材料，实现超微压压力传感器制作，因传感器结构和工艺限制，器件尺寸难以微型化并存在零点漂移。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有压力传感器存在零点漂移的问题，提供一种纳米硅薄膜晶体管压力传感器。

本发明由第一纳米硅薄膜晶体管、第二纳米硅薄膜晶体管、第三纳米硅薄膜晶体管、第四纳米硅薄膜晶体管和单晶硅衬底组成，

第一纳米硅薄膜晶体管的源极连接第四纳米硅薄膜晶体管的漏极，第一纳米硅薄膜晶体管的漏极连接第二纳米硅薄膜晶体管的漏极，第二纳米硅薄膜晶体管的源极连接第三纳米硅薄膜晶体管的漏极，第三纳米硅薄膜晶体管的源极连接第四纳米硅薄膜晶体管的源极；

第一纳米硅薄膜晶体管的漏极连接电源VDD，第四纳米硅薄膜晶体管的源极接地GND；

第二纳米硅薄膜晶体管的源极引出端作为第一输出电压端VOUT1，第一纳米硅薄膜晶体管的源极引出端作为第二输出电压端VOUT2；

四个纳米硅薄膜晶体管均设置在单晶硅衬底上，单晶硅衬底的背面为C型硅杯结构，四个纳米硅薄膜晶体管沟道电阻构成惠斯通电桥结构。

本发明的优点是：本发明采用纳米硅薄膜晶体管制作压力传感器，纳米硅薄膜由于较单晶硅和多晶硅具有更高的压阻系数，其压阻系数为单晶硅的4～6倍，因此以纳米硅薄膜沟道电阻作为压敏电阻，能使所述压力传感器具有高的灵敏度，实现压力传感器的低量程测量；纳米硅薄膜具有宽光学禁带宽度(约1.67eV)，使压力传感器具有好的温度稳定性；同时通过调整纳米硅薄膜晶体管的栅极偏置电压能够调整纳米硅薄膜晶体管沟道电阻，使压力传感器能够实现零点漂移补偿。

附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为图1的等效电路图，图中箭头所示为电流方向，图中R₁表示第一纳米硅薄膜晶体管的等效电阻，图中R₂表示第二纳米硅薄膜晶体管的等效电阻，图中R₃表示第三纳米硅薄膜晶体管的等效电阻，图中R₄表示第四纳米硅薄膜晶体管的等效电阻；

图3为本发明的结构示意图；

图4为图3的A-A剖视图，图中S表示纳米硅薄膜晶体管的源极，G表示纳米硅薄膜晶体管的栅极，D表示纳米硅薄膜晶体管的漏极；

图5为每个纳米硅薄膜晶体管的结构示意图；

图6为图5的B-B剖视图，图中2表示异质结的结构。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式由第一纳米硅薄膜晶体管M1、第二纳米硅薄膜晶体管M2、第三纳米硅薄膜晶体管M3、第四纳米硅薄膜晶体管M4和单晶硅衬底1组成，

第一纳米硅薄膜晶体管M1的源极连接第四纳米硅薄膜晶体管M4的漏极，第一纳米硅薄膜晶体管M1的漏极连接第二纳米硅薄膜晶体管M2的漏极，第二纳米硅薄膜晶体管M2的源极连接第三纳米硅薄膜晶体管M3的漏极，第三纳米硅薄膜晶体管M3的源极连接第四纳米硅薄膜晶体管M4的源极；

第一纳米硅薄膜晶体管M1的漏极连接电源VDD，第四纳米硅薄膜晶体管M4的源极接地GND；

第二纳米硅薄膜晶体管M2的源极引出端作为第一输出电压端VOUT1，第一纳米硅薄膜晶体管M1的源极引出端作为第二输出电压端VOUT2；

四个纳米硅薄膜晶体管均设置在单晶硅衬底1上，单晶硅衬底1的背面为C型硅杯结构，四个纳米硅薄膜晶体管沟道电阻构成惠斯通电桥结构。

本实施方式所述的压力传感器能够对外加压力进行检测，制作纳米硅薄膜晶体管采用高质量的纳米硅薄膜，它具有高的压阻系数，其压阻系数高于单晶硅材料，能够实现高灵敏度的压力检测。在使用过程中，通过调整纳米硅薄膜晶体管的栅极偏置电压来调整薄膜晶体管沟道电阻，来实现压力传感器的零点漂移补偿。

四个纳米硅薄膜晶体管沟道电阻构成惠斯通电桥结构，有利于实现温度补偿。

纳米硅(nc-Si:H)薄膜是一种由大量的硅细微晶粒(几个纳米大小)和包围着它的晶粒界面构成的一种新型纳米电子材料。纳米硅薄膜中晶粒是晶态的，大小为3～8nm，研究发现，纳米硅薄膜的压阻系数为单晶硅的4～6倍，因此，将纳米硅薄膜晶体管沟道电阻作为压敏电阻，可实现具有零点漂移补偿的高灵敏度超微压压力传感器，并可提高压力传感器的温度稳定性。