[发明专利]苛刻环境压力传感器

说明书

背景技术

本公开涉及传感器并且特别地涉及压力传感器。更特别地，所述传感器涉及在苛刻环境中的压力传感器。

发明内容

本公开揭示一种用于在苛刻环境中测量压力的传感器。所述传感器可以具有形成在基底上的晶体管。由基底的一部分形成的可以是膜片，该膜片可以由于膜片上的压力改变而弯曲。所述晶体管可以检测膜片的弯曲，并且所述晶体管能够通过非惠斯通差分放大器类型电路指示压力改变的幅度。所述晶体管可以是高电子迁移率晶体管(HEMT)。HEMT可以是Ⅲ族氮化物晶体管。晶片可以被附着至所述膜片以形成密封腔。

附图说明

图1为GaN晶体管的示图；

图2a为集成晶体管作为压力传感器的基础的电子电路的示例性示例的示意图；

图2b为具有用于包含晶体管的基底的传感器的示例性示例的示图，其中所述基底具有用于压力检测的膜；以及

图3为具有用于包含晶体管的基底并且具有用于检测相对于腔内的参考压力的压力的腔的传感器的示例性示例的示图。

具体实施方式

能够在高温下和苛刻环境中工作的压力传感器看来似乎在许多应用领域中是需要的，所述应用领域诸如内燃机测量(缸内压力、排放等)，油、气以及地热勘探和钻井、气涡轮以及公用事业应用(锅炉、生命安全等)。在许多情况中，所要求的高操作温度(300℃以上)和腐蚀介质的存在可能对传感器材料施加极端的限制。例如，市场上有售的硅压敏电阻压力传感器通常不能在这样高的温度下工作。

本文中的方法是实现GaN压力传感器，其用来感测连接在有源负载差分放大器级中的氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)。GaN对于在高温和苛刻环境应用下操作的设备而言可能是合适的。由于其宽带隙性质，GaN呈现出高度热稳定的。因此，GaN电子设备可以在升高的温度下操作。该材料还呈现出化学稳定的，使得其适于在化学苛刻环境中操作。

图1为可以在本传感器中使用的GaN晶体管11的示图。可以使用由诸如硅、蓝宝石、或碳化硅之类的材料制成的基底12。GaN的层13可以被形成在基底12上。AlGaN的层14可以被形成在层13上。2-DEG(即，二维电子气)15存在于层13和14的界面处。可以在层14上形成触点16用于漏极和源极。在层14的剩余表面的至少一部分上，可以形成SiO₂或Al₂O₃的层18。用于栅极的触点19可以被形成在层18上。漏极或触点16以及源极或触点16可以被看作欧姆触点。栅极或触点19可以被看作肖特基触点。

本压力传感器可以包括采用若干GaN HEMT构造的电子电路。在图2a和2b中的示图中示出了这样的压力传感器的一个示例。在图2b和3的传感器中的晶体管41、42、43、44和45的结构和组成可以与图1中的晶体管11的结构和组成相似。如图2a的示意图中所示，可以采用若干GaN HEMT来构造电子电路。

图2a是组成本压力传感器的基础的电路21的示意图。晶体管43(M3)可以具有用于连接到端子22处的电压(V_D)的源极。另一个晶体管44(M4)可以具有连接到端子22的源极。晶体管43和44的栅极可以被连接在一起，并且连接到晶体管43的漏极。晶体管43的漏极可以被连接到晶体管41(M1)的源极。晶体管44的漏极可以被连接到晶体管42(M2)的源极。晶体管41和42的漏极可以被连接到连接部34，该连接部34被连接到晶体管45(Mb)的源极。晶体管45可以具有用于连接到地或参考电压端子24的漏极。电流(Ib)可以从晶体管41和42的漏极经由连接部34流动到晶体管45并且通过晶体管45流动到端子24。可以在连接部34处指示电压(V)。电流(I_out)和电压(V_out)输出可以是在端子31处。端子31可以被连接到晶体管44的漏极和晶体管42的源极。晶体管41的栅极可以用于连接到端子32处的第一电压(V1)。晶体管42的栅极可以用于连接到端子33处的第二电压(V2)。晶体管45的栅极可以用于连接到端子35处的电压(Vb)。